En física, hay un bien conocidas leyes conocidas como la Ley de Moore. La Ley de Moore cree que el número de transistores por chip área integrada unidad de duplicar cada 18 meses, se duplicará la potencia de cálculo. Por lo tanto, el chip de base de hardware para la industria de la electrónica continúa para refrescar la gente La imaginación de la tecnología de información electrónica.
Recientemente, en un futuro premio de ciencias informe académico 'Premio Física Ciencias' en la reunión, el director del Instituto Kavli de Ciencia Teórica de la Universidad de la Academia de Ciencias de China, Zhang Fuchun dijo, 'invasión Ley de Moore de la computación cuántica, la revolución tecnológica cuántica impulsará cambios en la tecnología, la economía y la sociedad '
El límite del cálculo clásico
Cuando el proceso de fabricación de chips de corriente aún permanecen en el 14 a al 22 nm, 2017 años, IBM anunció un proceso de fabricación de chips avance 5 nm. Fue una negrita predice que para el año 2020, el proceso de fabricación de chips llegará a 2 ~ 3 nm. Sin embargo, el desarrollo de chips todavía encontró alguna cuellos de botella, un chip de sobrecalentamiento, el segundo es los efectos cuánticos. Zhang dijo Fuchun, lo que significa que en el futuro la posibilidad de establecer la Ley de Moore es probable que sea un gran problema.
Zhang Fuchun analiza la diferencia entre el cálculo clásico y computación cuántica, 'el bit clásico es 0 y 1, el qubit es un quantum 0 y 1 superposición estado de paralelismo cuántico, es decir, que actúa sobre las puertas lógicas cuánticas los qubits N puede ser simultáneamente superpuestas sobre las operaciones de coeficientes 2N, mucho más allá de la capacidad de computación de hoy clásica'.
Para romper la complejidad del número entero de N bits, por ejemplo, Zhang Fuchun dijo que el algoritmo clásico toma un largo tiempo, en comparación con los algoritmos clásicos y cuánticos algoritmos tienen aumento exponencial ', que pueden utilizarse para resolver problemas de cálculo a gran escala puede ser ampliamente se aplica el criptoanálisis, un gran procesamiento de datos, la predicción meteorológica, y otros campos.
De hecho, el desarrollo de la computación cuántica ahora se puede considerar como 'teoría y experimento' van de la mano. Zhang Fuchun dijo que ha habido signos de 'practicidad' en la industria, Microsoft, Google, IBM y otros gigantes tecnológicos en sucesión en En 2005, Microsoft estableció Station Q para estudiar la computación cuántica topológica, en 2015, D-wave introdujo anutadores cuánticos de más de 1000 bits, en 2015, Intel invirtió en el desarrollo de dispositivos semiconductores basados en semiconductores. De las computadoras cuánticas, en 2016, Google y la Universidad de California en Santa Bárbara realizaron dispositivos cuánticos superconductores de 9 bits: en 2017, IBM anunció la realización de dispositivos cuánticos superconductores de 17 bits.
Computación cuántica más allá de los problemas computacionales clásicos
Los requisitos de la computación cuántica del dispositivo es qué? Introducción Zhang Fuchun, las condiciones necesarias para la implementación de dispositivos de computación cuántica se pueden ampliar, se puede inicializar, coherencia larga, puerta universal, medible. Entre ellos, la escalabilidad y la coherencia son dos Un aspecto importante es que la escalabilidad se refiere a aumentar el número de qubits para lograr un cálculo cuántico a gran escala y un largo tiempo de coherencia, es decir, los estados cuánticos siguen siendo coherentes cuánticamente y pueden usarse para operaciones lógicas.
Zhang Fuchun dicho esquema de computación cuántica tiene ventajas y desventajas, sin embargo, 'y escalabilidad tanto ventajas coherencia es difícil tener tanto una larga Cálculo de problemas cuánticos ". Por ejemplo, el esquema de superconductor que tiene escalabilidad ventajas de relativamente bueno, pero también tiene desventajas de tiempo de coherencia relativamente corto; ventaja relativamente largo cálculo teórico cuántico topológico es el tiempo de coherencia, la tasa de error es baja, sólo una parte relativamente inferior en la etapa inicial de la computación cuántica experimento 'superconductor Sí. El esquema experimental corriente actual, pero el esquema de cómputo cuántico topológico tiene un futuro previsible, teóricamente, para resolver el problema de la decoherencia cuántica y la corrección de errores encontrados en otros programas.
, Basado en el estado cuántico se puede preparar con precisión dispositivos de unión de Josephson cuántica, por lo general de las técnicas de microfabricación de chips semiconductores convencionales, que tiene un fácil características de expansión, también tiene una regulación del campo tecnología relativamente madura, regulación, de medición. Zhang Fuchun dijo súper nuestra guía de la computación cuántica a nivel internacional ha estado en la vanguardia de la comparación, como USTC, la Universidad de Zhejiang, la Academia de Ciencias de china sistema de acoplamiento qubit físico que la cooperación, 'el rendimiento es bastante bueno'. el último desarrollo es un dispositivos superconductores cuánticos desarrollados para el 17-qubit de Intel , El objetivo de este dispositivo es demostrar desafíos computacionales que van más allá de las computadoras clásicas.
En computación cuántica topológica, cualquier abeliano sub topológica África de estado se puede realizar una estable qubits de topología. De estabilidad Topología y de robustez contra las impurezas de perturbación, como la interacción, a fin de resolver el problema decoherence y corrección de errores, cuántico tolerante a fallos cálculo.
Las moléculas, partículas elementales como átomos y las dimensiones del mundo físico, verde evolucionan nuevo sistema multicuerpo física de partículas en ciertas condiciones.
'Hay un cálculos cuánticos topológicos relacionados con partículas llamadas Majorana fermion.' Canal de introducción Zhang Fuchun, que se caracteriza por sus partículas iguales antipartícula sí mismos, 'actualmente no se encuentran en la naturaleza tales partículas. Sin embargo, recientemente Physics materiales de materia condensada encuentran en el hogar de muchos de tales partículas. Más bien, Majorana modo cero es bloque (bloque de construcción) la computación cuántica topológica, que es un asunto de importancia. '
La computación cuántica de topología presenta desafíos
Así que por qué puede Majorana partícula? Zhang Fuchun dijo que esto era debido a la destrucción de la conservación de la simetría de carga del mecanismo de superconductor de pares de electrones (Cooper par). 'La superconductividad es una superposición de excitaciones elementales de electrones y huecos, vacío punto se condensa en el sistema 'de positrones', por lo que se puede preparar de la misma regulación de espín 'antipartícula propias partículas =' nuevas partículas, es decir, partículas de Majorana '.
Zhang Fuchun introdujo material condensado actualmente explorando las partículas de Majorana. 'Microsoft hizo Se espera que los nanocables superconductores dentro de los dos años declarados producir un qubit. Topología de una sola dimensión nanocables superconductores de InAs nanocables + s-onda superconductor observó primero el modo cero, el modo cero nanoalambre punto final brecha de energía disminuye exponencialmente a medida que aumenta el tamaño. Además, Tsinghua Xue Qikun encontró quiral Majorana modo cero y similares '.
Además, Zhang Fuchun que, topológico cara computación cuántica muchos desafíos Estas partículas están presentes única evidencia Majorana, no puede formar una conclusión; envenenamiento cuántica (envenenamiento cuántica) estado Majorana y los otros estados y otra Mayola nano partículas muy separados; mecánicamente difícil de colocar con el tejido de punto de medición'.
El físico inventado el transistor en 1947, pionera en la industria de los semiconductores, sentó las bases de la moderna tecnología de la información. Por lo tanto, los físicos todavía tienen un nuevo avance en la computación cuántica hoy? En este sentido, Zhang Fuchun expresó su confianza "China ha logrado grandes logros en el campo de HTS y materiales topológicos en los últimos 10 años y está muy preparado para el desarrollo de la computación cuántica topológica. Creo que es muy prometedor".