Quantum Computing - отдаленный термин для среднего человека. В настоящее время вы также можете носить его и ощущать его волшебный шарм.
22-го числа этого месяца на ежегодной рабочей конференции 2018 года Института квантовой информации и квантовой науки и технологий Инновации Китайской академии наук в Хэфэй, Институте квантовой информатики и квантовых технологий Института инноваций Академии наук Китая, облака Алибаба и других подразделений Было официально объявлено о совместной разработке 11-битной сверхпроводящей квантовой вычислительной облачной платформы. Это вторая система в мире после того, как IBM предоставила общественности более 10 бит квантовых вычислительных облачных сервисов. Пользователям нужно только получить доступ к этому квантовому компьютеру через определенный интерфейс. Вы можете загружать квантовые схемы, которые нужно запускать, и получать результат, полученный квантовыми вычислениями. Разработка облачной платформы квантовых вычислений нацелена на то, чтобы проверить ускорение и стабильность квантовых вычислений с точки зрения аппаратного обеспечения, одновременно поощряя экологию отрасли и продвигая квантовые вычисления. Индустриализация. Для огромного числа теоретических исследователей в области квантовых вычислений эта облачная платформа может обеспечить большую поддержку и симуляцию для своих собственных исследований. Для любителей науки она также является близким изучением квантовых вычислений. Популярные научные позиции.
В настоящее время можно точно управлять 11-разрядными службами квантовых вычислений. В облаке реализован полный комплексный опыт для классических вычислительных симуляторов и реальных квантовых процессоров. Пользователи могут не только запускать пользовательские сверхпроводящие квантовые процессоры, отвечающие определенным требованиям. Различные квантовые схемы и загрузка результатов также могут быть сопоставлены с квантовым процессором с помощью классического моделирования вычислений. Результаты испытаний показывают, что средняя однобитовая точность верстки квантового процессора составляет 99,7%, а среднее значение для двухбитовых ворот составляет 94,9. %. Что такое сверхпроводящие квантовые вычисления?
Сегодня у нас есть различные типы компьютеризированных компьютеров. Фактически, базовые модули - это все интегрированные транзисторы. Каждый транзистор используется для представления информации 0 или 1. Через различные логические операции мы можем помочь Желаемый результат.
Тем не менее, реинтеграция не может идти в ногу с экспоненциальным ростом требований к информационным вычислениям в эпоху цифровых технологий. Поскольку плотность интеграции микросхем всегда имеет физические пределы, особенно при решении конкретных сложных задач (таких как разложение большого числа), существующим компьютерам может потребоваться время для их обработки. Это займет сотни тысяч лет.
Тридцать лет назад ученые предложили новый способ вычисления - встраивание традиционной бинарной вычислительной логики в квантовую систему. Используя принцип квантовой суперпозиции, кубиты помещаются в суперпозицию 0 и 1 в то же время, таким образом, с количеством бит. С увеличением, способность хранить и вычислять увеличится экспоненциально!
Как мы можем понять такое экспоненциальное ускорение? Мы можем представить себе, что для классических компьютеров два бита могут представлять только одну из четырех возможностей в 00, 01, 10 и 11 за раз и в квантовых вычислениях, Два битовых блока могут одновременно вмещать четыре значения: 00, 01, 10 и 11. То есть мы можем одновременно управлять 2 ^ N состояниями.
Существует китайское слово «умершая овца», а это значит, что вам трудно найти цель в сложном лабиринте, где вы можете найти способ убежать. Квантовые вычисления - это игра в таинственную игру лабиринта, которая может использовать намного меньше. В то же время кубиты иллюзировали много удвоений и в то же время искали цели на многих и многих этапах и выполняли задания за очень короткое время.
Во всех системах, которые, как ожидается, поймут эту прекрасную идею, сверхпроводящие стали победителями большинства ученых из-за ее уникальных преимуществ.
Когда мы говорим о сверхпроводимости, все думают о «отсутствии сопротивления». На самом деле сверхпроводники обладают многими замечательными свойствами. Среди них существование джозефсоновского перехода значительно расширило применение сверхпроводимости и даже разработало новую. Предмет - сверхпроводимость.
Узел Джозефсона был предсказан Б. Д. Джозефсоном в 1962 году. Что такое феномен? Если два сверхпроводника слабо связаны каким-то образом, например, есть ультратонкий изолирующий слой между двумя сверхпроводниками, которые могут пересекаться куперовскими парами. Сверхпроводящий ток будет появляться между двумя сверхпроводниками, и если напряжение на двух концах будет наложено на ток, то ток через переход становится переменным осциллирующим сверхпроводящим током, а частота пропорциональна напряжению, далее, если Два джозефсоновских контакта соединены в замкнутом контуре. С током смещения соответствующего размера сверхпроводящий ток будет модулироваться магнитным полем в интерферометре. Эти богатые электрические свойства, связанные с регулированием напряжения и магнитного поля, заставляют ученых думать Чтобы попытаться использовать его в квантовой цепи, сыграйте роль PN-перехода в традиционной схеме.
Например, если мы используем джозефсоновское соединение в качестве квантовой индуктивности, то при определенных условиях электроны ведут себя в квантованной, неравной системе уровня энергии, так же как электроника имеет большую виллу с несколькими этажами - - Он может жить на первом этаже и может жить на втором этаже. Если вы счастливы, вы можете жить на двух этажах одновременно. Пока вы применяете микроволновую печь с частотой, равной разнице в энергии между 0 и 1, вы можете легко «жить» на уровне 0 энергии. При 1 уровне управления, в сочетании с беспроблемным характером сверхпроводящего контура, можно добиться квантовой когерентности с большим временем когерентности.
Фактическая сверхпроводящая квантовая схема выглядит так:
Затем состояние кубита считывается полостью, отделенной от бита (обозначенной Lr и Cr на рисунке). При соединении разряда резонансная частота полости будет слегка перемещаться, перемещая размер В отношении состояния бит нам нужно только измерить сигнал вблизи резонансной частоты резонатора, чтобы прочитать состояние бит.
Наконец, несколько битов соединены через соседние конденсаторы, который является образцом, используемым сверхпроводящим квантовым процессором.
Как видите, действительно ли сверхпроводящие электроны похожи на классическую схему в понимании? На самом деле выясняется, что многие технологии обработки также основаны на существующей технологии обработки полупроводниковых кристаллов, которая также является сверхпроводящими квантовыми вычислениями. Одна из причин, по которой ученые приветствуют. Положите квантовый компьютер в «большой холодильник». Сверхпроводящий квантовый компьютер - чрезвычайно хрупкая система, особенно чувствительная к аномалиям теплового шума. Ранее мы говорили, что квантовые вычисления основаны на электронике. Живя на уровне 0 и 1 для манипуляции, уровень энергии этого кубита очень мал, что приводит к температуре всего около 48 ~ 960 мК. Кроме того, при несколько более высокой температуре в сверхпроводнике будут потери. Компьютер нуждается в специальном большом холодильнике, чтобы поддерживать его при очень низкой температуре.
Этот специальный большой холодильник, как и наш внутренний холодильник, также является тепловым насосом. Вместо этого он использует эндотермическую фазу жидкой смеси He3 / He4 для разбавления фазовой диффузии He3, чтобы охладить ее. Мы можем использовать ее. Насос непрерывно экстрагирует He3 в разбавленной фазе и в то же время непрерывно экстрагирует He3, который был перекачивается обратно в концентрированную фазу, так что может быть получен непрерывный поглощающий теплорегуляторный холодильный цикл для поддержания температуры при низкой температуре 10 мкм.
Сверхпроводящие квантовые вычисления
Для перспективы квантовых вычислений отрасль в целом считает, что для достижения универсальных квантовых вычислений необходимо достичь следующих условий:
1. Расширяемая и четко определенная система кубитов; 2. Возможность инициализировать состояние кубита в простом состоянии отсчета, таком как состояние | 000 ...>; 3. Больше времени декогеренции, чем время работы затвора; Набор общих ворот групповой работы; 5. Может выполнять эффективное измерение бит.
Для сверхпроводящих квантовых вычислений первоначально был достигнут вышеуказанный порог. Благодаря совместимости с традиционными полупроводниковыми процессами Google, IBM, NASA и другие коммерческие гиганты выложили эту сложную и эзотерическую вычислительную область.
Что касается перспективы квантовых вычислений, основной взгляд состоит в том, что, когда число кубитов, которые могут быть точно манипулированы, превышает определенное число, квантовые компьютеры могут сделать классические компьютеры недоступными для конкретных задач, то есть под ограничениями ограниченного времени или пространства, больше, чем любые другие Классические тайваньские компьютеры намного лучше. Это квантовое превосходство, предложенное физиком Джоном Прескилом из Калифорнийского технологического института.
Google имеет лучшее накопление сверхпроводящих квантовых технологий. Как практик концепции «квантовой гегемонии», он предлагает алгоритм для квантовых случайных линий. Google оценивает, что количество квантовых бит для реализации квантовой гегемонии составляет около 49'1 '.
В октябре прошлого года конкурент Google, IBM из Америки, опубликовал статью о arXiv, претендующую на классическое моделирование «2» 49-битной строки с глубиной 27 и 56-битной линией с глубиной 23, которая предназначена для того, чтобы доказать расстояние в 49 бит. Квантовая гегемония не может быть реализована, а затем планы Google использовать 49 бит для реализации квантовой гегемонии опрокидываются.
Провокация IBM была быстро атакована Google. Два месяца спустя Google также продолжил статью в arXiv, указав, что количество кубитов - это только один аспект квантовой гегемонии и что одна и та же важная глубина квантовой схемы должна быть рассмотрена в одно и то же время. Их первоначальный план «гегемонизма квантовой гегемонизма» 1 не был атакован IBM, поскольку в тексте четко указано, что число кубитов достигло 49, а глубина квантовой цепи также достигла 49. Google далее дал количество разных кубитов Подробные результаты испытаний на разных глубинах линии показывают, что если глубина квантовой схемы составляет всего 19, даже если она достигает 100 кубитов, ее можно классифицировать как «3».
В отчете «Природа» упоминается собственный ответ Мартиниса и оценка Скотта Ааронсона авторитетом в области компьютерных наук Массачусетского технологического института, что этот документ не ослабил рациональность эксперимента «квантовой гегемонии», а вместо этого доказал предположение о плановой «квантовой гегемонии» Google, ,
Согласно данным, данным Google в декабре 2017 года, время, требуемое для классического компьютерного моделирования кубитов, тесно связано как с количеством бит, так и с глубиной. Из результатов испытаний классическое моделирование имеет 100 кубитов и глубину 20 Квантовая схема похожа на трудность иметь 25 кубитов с глубиной 45. Поэтому во время анонса невозможно говорить о количестве кубитов. Это похоже на то, что вы не можете добиться запутывания N кубитов, просто скажите количество кубитов на чипе. Это не имеет смысла. В классическом моделировании квантовых схем в Китае существует много групп последующих исследований. Команда во главе с академиком Го Гуанканом из Китайского национального университета науки и техники использовала классический компьютер для теоретического моделирования сложных квантовых разрядных линий и достижения глубины 22 Классическое моделирование 64-битной линии «5». Этот результат был также опубликован на ежегодной рабочей конференции Института квантовой инновации Академии наук Китая 22 февраля.
Другими словами, существующие экспериментальные данные показывают перспективу квантовой гегемонии, и любой современный классический компьютер не может конкурировать с квантовым компьютером с более чем 50 кубитами с разумной глубиной квантовой схемы. В этой ожесточенной битве В конкурсе все хотят взять на себя инициативу в том, чтобы поставить свои флаги на высоту. Китайская команда не исключение.
В прошлом году профессор Пан Цзяньвэй из Университета науки и техники Китая и его коллеги Чжу Сяобо и Лу Чаоян вместе с исследовательской группой профессора Ван Хаохуа из Университета Чжэцзян впервые реализовали в сверхпроводящей системе запутывание шести сверхпроводящих кубитов и реализовали их на этой основе. Квантовый алгоритм «7» для быстрого решения линейных уравнений.
Он-лайн этот квантовый компьютер является первой облачной вычислительной платформой, независимо разработанной China Quantum, чтобы предоставить общественности 11 сверхпроводящих квантовых вычислительных сервисов. Он может реализовывать однобитовые операции, двухбитовые операции и многобитовые считывания. Квантовые схемы состоят из множества операций. Результаты испытаний показывают, что время вычисления, точность и другие важные показатели эффективности эквивалентны квантовому облаку IBM.
Сообщается, что команда повысила точность двухбитовых ворот до более чем 99% в лаборатории. В то же время 24 сверхпроводящих квантовых бит-процессора были поставлены и предварительно протестированы. В будущем исследователи будут продолжать улучшать производительность облачной платформы. Пан Цзяньвэй, академик Китайской академии наук и исполнительный вице-президент Университета науки и технологий Китая, считает, что квантовые вычисления имеют эпохальное значение. Квантовая механика родила третью индустриальную революцию. Подготовиться к решению узкого места вычислительной мощности, вызванного большими данными.
Ожидается, что квантовые вычисления с его сверхбыстрой вычислительной мощностью будут действительно превосходить «суперкомпьютер» в решении возможностей для особых задач, таких как искусственный интеллект, квантовое моделирование, разработка лекарств и квантовая оптимизация. В этой гонке у Китая есть своя карта маршрутов. , Китайские ученые надеются, что в ближайшие несколько лет поймут манипуляцию 50 кубитов для достижения «квантовой гегемонии».