Quantum Computing - um termo distante para a pessoa média. Hoje em dia, você também pode usá-lo e sentir seu charme mágico.
No dia 22 deste mês, na conferência de trabalho anual de 2018 do Instituto de Informação Quântica e Inovação Tecnológica e Química da Academia Chinesa de Ciências realizada em Hefei, o Instituto de Pesquisa em Inovação da Tecnologia Quantum e da Tecnologia Quântica da Academia Chinesa de Ciências, Alibaba Cloud e outras unidades O desenvolvimento conjunto da plataforma de nuvem de computação quântica supercondutiva de 11 bits foi formalmente anunciado. Este é o segundo sistema no mundo após a IBM fornecer mais de 10 bits de serviços de computação numérica quântica para o público. Os usuários só precisam acessar este computador quântico através de uma interface específica. Você pode fazer o upload de circuitos quânticos que precisam ser executados e obter um resultado dado pela computação quântica. O desenvolvimento da plataforma de nuvem de computação quântica visa verificar a aceleração e a estabilidade da computação quântica do ponto de vista do hardware, promovendo a ecologia da indústria e promovendo a computação quântica. Industrialização. Para o vasto número de pesquisadores teóricos da computação quântica, esta plataforma em nuvem pode oferecer mais suporte e simulação para sua própria pesquisa. Para os amantes da ciência, também é um aprendizado próximo para entender a computação quântica. Posições científicas populares.
Atualmente, os serviços de computação quântica de 11 bits podem ser manipulados com precisão. Uma experiência completa de back-end para ambientes clássicos de simulação de computação e processadores quânticos do mundo real foi implementada na nuvem. Os usuários não podem apenas executar processadores quânticos supercondutores personalizados que atendam requisitos específicos. Vários circuitos quânticos e baixar os resultados da operação, também podem ser comparados com o processador quântico através da simulação de computação clássica. O resultado do teste mostra que a fidelidade média do portão de bitâmetro do processador quântico é de 99,7% e a média dos portões de bit duplo é 94,9. %. O que é a computação quântica supercondutora?
Atualmente, temos vários tipos de computadores computadorizados. De fato, as unidades básicas são transistores integrados. Cada transistor é usado para representar 0 ou 1 informação. Através de várias operações lógicas, podemos ajudar O resultado desejado.
No entanto, a reintegração não pode acompanhar o crescimento exponencial dos requisitos de informática na era digital. Como a densidade de integração dos chips sempre possui limitações físicas, especialmente no que diz respeito a determinados problemas complexos específicos (como a decomposição em grande número), os computadores existentes podem demorar a processá-los. Serão necessários centenas de milhares de anos.
Trinta anos atrás, os cientistas propuseram uma nova maneira de computar - incorporando a lógica computacional binária tradicional em um sistema quântico. Usando o princípio da superposição quântica, os qubits são colocados em uma superposição de 0 e 1 ao mesmo tempo, desta forma, com o número de bits. Com o aumento, a capacidade de armazenar e calcular aumentará exponencialmente!
Como podemos entender esse tipo de aceleração exponencial? Podemos imaginar que, para computadores clássicos, dois bits só podem representar uma das quatro possibilidades 00, 01, 10 e 11 em um determinado momento. Na computação quântica, As unidades de dois bits podem acomodar quatro valores ao mesmo tempo: 00, 01, 10 e 11. Isto é, podemos manipular 2 estados de N ao mesmo tempo.
Chineses têm uma palavra chamada 'Qiluwangyang', que têm complicado labirinto no garfo da bifurcação na estrada, você é difícil encontrar o alvo, enquanto a computação quântica, é como jogar um jogo de labirinto misterioso, ele pode usar tanto bits quânticos, enquanto a metamorfose de um monte de mim mesmo, e para encontrar o alvo de uma série de garfos na estrada, para completar a tarefa em um período muito curto de tempo.
Em todos os sistemas que se espera que percebam essa bela idéia, a supercondução conquistou o favor da maioria dos cientistas por causa de suas vantagens únicas.
Levante a supercondutividade, pensamos é 'sem resistência'. Na verdade, existem muitas propriedades maravilhosas de supercondutores em que uma junção Josephson é chamado de presença, expandir as aplicações da supercondutividade, e até mesmo desenvolveu um novo Assunto - supercondutividade.
Junção Josephson é previsto pelas 1962 da BD Josephson. Este fenómeno é o que? Se fracos dois supercondutores são ligados de alguma forma, tais como supercondutores de dois meio de um par de encapsulamento Cooper para a camada de isolamento ultra-fino , em seguida, uma corrente supercondutor irá ocorrer entre os dois supercondutores; e se termina com uma voltagem, corrente através da junção se torna corrente supercondutor, uma tensão proporcional à frequência e oscilações alternadas; além disso, se as duas junes de Josephson ligadas em circuito fechado, a corrente de polarização para ser o tamanho apropriado, a corrente supercondutor é modulado pelo campo intermediário interferômetro. esta tensão, campo eléctrico regulador de desempenho relacionadas com o rico, assim que os cientistas pensam Para tentar usá-lo em um circuito quântico, desempenhe o papel de uma junção PN em um circuito tradicional.
Por exemplo, se usarmos uma junção Josephson como um indutor quântico, sob certas condições, os elétrons se comportam em um sistema de nível de energia quantificado e desigual, assim como a eletrônica possui uma grande villa com vários andares - - Pode viver no primeiro andar e pode viver no segundo andar. Se você está feliz, você pode viver em dois andares ao mesmo tempo. Enquanto você aplica um microondas com uma freqüência igual à diferença de energia entre 0 e 1, você pode "viver" facilmente no nível 0. Com um controle de nível, aliado à natureza sem perdas do circuito supercondutor, pode-se alcançar uma coerência quântica com um longo tempo de coerência.
O atual circuito quântico supercondutor se parece com isso:
Em seguida, o estado do qubit é lido por uma cavidade desacoplada com o bit (indicado por Lr e Cr na figura). Com o acoplamento do bit, a freqüência de ressonância da cavidade se moverá ligeiramente e o tamanho do movimento se deslocará. Em relação ao estado do bit, precisamos apenas medir o sinal próximo à frequência de ressonância da cavidade para ler o estado do bit.
Finalmente, vários bits são acoplados através de capacitores adjacentes, que é a amostra usada por este processador quântico supercondutor.
Como você pode ver, se os elétrons supercondutores são ou não similares aos circuitos clássicos é realmente bastante similar. De fato, percebeu-se que muitas tecnologias de processamento também se baseiam na tecnologia de processamento de chips semicondutores existente. Esta é também a computação quântica supercondutora. Uma das razões favoritas pelos cientistas. Coloque o computador quântico no computador quântico supercondutor do "grande refrigerador" é um sistema extremamente frágil, especialmente sensível às anomalias do ruído térmico. Dirigimos anteriormente que a computação quântica é baseada em eletrônicos. Vivendo a nível de 0 e 1 nível de manipulação, o nível de energia deste qubit é muito pequeno, o que se traduz em uma temperatura de apenas cerca de 48 a 960 mK. Além disso, a uma temperatura ligeiramente mais alta, haverá perdas dentro do supercondutor. Portanto, nosso super O computador precisa de um grande frigorífico dedicado para mantê-lo a uma temperatura muito baixa.
Esta geladeira grande especial, como a nossa geladeira doméstica, também é uma bomba de calor. Em vez disso, ela usa a fase endotérmica do líquido misto He3 / He4 para diluir a difusão de fase He3 para esfriá-la. Podemos usar uma A bomba extrai continuamente o He3 na fase diluída e retorna simultaneamente o He3 extraído para a fase concentrada, de modo que pode ser produzido um ciclo de refrigeração de redução de calor absorvente continuamente, mantendo a temperatura a uma temperatura baixa de 10mk.
Computação quântica supercondutora
Para a perspectiva da computação quântica, a indústria geralmente acredita que é necessário alcançar as seguintes condições para alcançar a computação quântica universal:
1. Um sistema qubit extensível e bem definido; 2. A capacidade de inicializar o estado qubit em um estado de referência simples, como o estado | 000 ...> 3. Um tempo de decoerência muito maior do que o tempo de operação do portão; Conjunto de conjunto de operação comum de grupo; 5. Pode realizar medições eficientes de bits.
Para a computação quântica supercondutora, o limite acima foi inicialmente alcançado. Devido à sua compatibilidade com os processos tradicionais de semicondutores, o Google, a IBM, a NASA e outros gigantes comerciais estabeleceram este campo computacional complexo e esotérico.
Sobre as perspectivas para a computação quântica, a visão dominante é que, se você pode manipular com precisão os qubits mais do que um determinado número, os computadores quânticos serão capazes de fazer um computador clássico para recuperar o atraso em uma tarefa particular, isto é, em um espaço ou de tempo limitado restrições, do que qualquer Os computadores clássicos taiwaneses são muito melhores. Esta é a supremacia quântica proposta pelo físico John Preskil, do Instituto de Tecnologia da Califórnia.
Google tem a melhor acumulado em supercondutores tecnologias quânticas, como um praticante do conceito de 'hegemonia quantum', algoritmo proposto, o Google estima linhas aleatórias quântica, esse número qubit hegemonia quântica é de cerca de 49'1'.
Em outubro passado, os concorrentes da Google - IBM nos Estados arXiv United publicou um artigo alegando que alcançar uma profundidade de 27 linhas de profundidade de 56 bits 49 bits e é a linha clássica, de 23 de simulação '2', 49-bit longe para provar a intenção A hegemonia quântica não pode ser realizada, e os planos do Google de usar 49 bits para realizar a hegemonia quântica são derrubados.
IBM provocação foi rapidamente Google tapa na cara. Dois meses mais tarde, o Google está também o artigo de acompanhamento no arXiv, apontou que o número de bits quânticos é apenas um aspecto da hegemonia quântica, igualmente importantes linhas de profundidade quântica também precisa ser considerado. Google citou roteiro hegemonia quântico eles proposto pela primeira vez por '1' e a IBM não é quebrada, porque o número de contexto claramente mencionado qubits a 49, enquanto que a profundidade da linha 49. quântico Google também alcançar ainda dá o número de diferentes qubits Os resultados detalhados do teste em diferentes profundidades de linha mostram que, se a profundidade do circuito quântico for de apenas 19, mesmo que alcance 100 qubits, ele pode ser classicamente simulado como '3'.
relatórios "Nature" citou Martinis eu respondo MIT Ciência da Computação e autoritária de avaliação Scott Aaronson, que o papel não põe em causa a razoabilidade do experimento 'hegemonia quantum', mas para provar que o Google planejava 'hegemonia quantum' testar a premissa de '4' .
De acordo com dados do Google dadas em Dezembro de 2017, época clássica simulação de computador necessário para bits quânticos, estão intimamente relacionados com o número de bits e a profundidade dos dois indicadores. A partir dos resultados do teste, a simulação clássico com 100 qubits, uma profundidade de 20 quantum tem 25 linhas e uma profundidade de 45 qubits dificuldade é semelhante, por isso não posso falar sobre somente quando o número de anúncio bits quânticos. Isto é como qubit emaranhamento não pode ser alcançado se N, dizendo apenas que o número de qubits em um chip não faz sentido. nos aspectos clássicos de simulação de circuitos quânticos, há muitos grupo doméstico estudo de seguimento, que o acadêmico chinês HKUST Guo Guangcan liderou a equipe usou os clássicos de computador complexos bits quânticos linhas para a simulação teórica para alcançar uma profundidade de 22 emulação da linha clássica de 64 bits '5'. os resultados também foram publicados anual conferência de trabalho quantum inovação Research Institute, Academia chinesa de Ciências em 22 de fevereiro.
Em outras palavras, os dados experimentais existentes têm mostrado promessa hegemonia quântica, agora é um clássico em qualquer computador e não pode ser superior a 50 qubit circuito quântico tem uma profundidade razoável de acordo com um computador quântico alta. Neste feroz competição, ninguém quer assumir a liderança em sua ficha de bandeira nas terras altas. equipe chinesa não é excepção.
No ano passado, a Universidade de Ciência e Tecnologia da China Professor Pan Jianwei e seus colegas Zhu Xiaobo, Lu Chaoyang e outro grupo de estudo Wang Haohua Professor Adjunto da Universidade Zhejiang, o sistema supercondutor pela primeira vez em dez supercondutores qubit entanglement '6', e sobre esta base para alcançar rápida resolução de equações lineares de '7' algoritmos quânticos.
A última linha deste computador quântico, as pessoas quântica é pode ser alcançado primeira auto-desenvolvimento para fornecer ao público plataforma de computação supercondutor qubit serviços de computação quântica 11 em nuvem da China bits única operação, operação e double-bit multi-bit de leitura e outras operações em uma linha quântica. resultados do teste mostram que o tempo de cálculo, fidelidade e outros indicadores-chave de desempenho nuvem quantum bastante IBM.
É relatado que a equipe aumentou a fidelidade de portões de bit duplo para mais de 99% no laboratório. Ao mesmo tempo, 24 processadores de bits quânticos supercondutores foram entregues e testados de forma preliminar. No futuro, os pesquisadores continuarão a melhorar o desempenho da plataforma em nuvem. Para fornecer aos usuários mais bits, serviços de computação quântica mais precisos. Pan Jianwei, acadêmico da Academia Chinesa de Ciências e vice-presidente executivo da Universidade de Ciência e Tecnologia da China acredita que a computação quântica tem significado decisivo. A mecânica quântica deu origem à terceira revolução industrial e agora Para se preparar para resolver o gargalo da capacidade de computação trazida por grandes dados.
A computação quântica, com suas capacidades de computação ultra-rápidas, realmente supera o "supercomputador" na resolução de capacidades para problemas especiais, como inteligência artificial, simulação quântica, desenvolvimento de medicamentos e otimização quântica. A China possui seu próprio mapa de rota nesta corrida. , Os cientistas chineses esperam que, nos próximos anos, percebam a manipulação de 50 qubits para alcançar a "hegemonia quântica".