量子计算机论文
2065438+2008年3月,谷歌发布了72位量子处理器“Bristlecone”(其芯片中量子系统的排列模式像一个松果),成为量子计算机的领头羊,英特尔和IBM分别以49和50个量子系统紧随其后。
2018年,谷歌量子AI实验室公布了72个量子位的处理器“Bristlecone”。
市面上有哪些量子计算机?有什么区别?
谷歌在2013建立了量子AI实验室,聘请了加州大学圣巴巴拉分校超导量子计算机专家马丁尼。该团队已经与美国国家航空航天局合作了很长时间,目标是将量子计算机应用于机器学习等计算机科学问题。
《麻省理工商业评论》指出,“谷歌和美国国家航空航天局的协议希望美国国家航空航天局分析运行在谷歌量子处理器上的量子电路结果,并提供它和经典模拟方案之间的比较结论,从而支持谷歌验证自己的硬件,打造量子霸权标杆。”
而谷歌、英特尔等公司的量子芯片或服务,目前并未开放商用,IBM、D-Wave开放商用。
IBM宣布研发出世界上第一台50量子比特的量子计算机,并于2018年在CES上正式亮相。此外,IBM以云计算的形式对外开放Q System One,5个量子比特内免费。目前,它提供多达20个量子比特的计算服务,吸引了许多量子计算机研究人员使用它。
除了这些大公司,小企业中最知名的是加拿大的D-Wave和美国的Rigetti。
D-Wave成立于1999年,2011年推出世界上第一台商用量子计算机,128年推出D-Wave One。美国知名国防工业承包商洛克希德·马丁公司也成为第一家客户。
因为D-Wave进入量子计算机领域比较早,所以很多企业都采用了。例如,大众汽车公司使用D-Wave对北京的出租车交通流进行计算和模拟,找出最佳的调度规则。谷歌进入量子计算机领域时,也购买了D-Wave用于研究。
然而,由于D-Wave采用的是量子退火技术,而不是IBM、Google等公司采用的正统量子门技术,而且D-Wave只是一台旨在解决“优化问题”的量子计算机,无法解决更大范围的运算问题,因此外界对D-Wave一直持有相当大的疑虑。比如麻省理工学院教授阿伦森就曾多次公开质疑d。
为了向外界证明自己的技术实力,D-Wave在科学杂志《自然》上发表论文,证明其芯片具有一些量子特性。
2015年,Google的研究团队发表了一篇论文,比较了D-Wave 2X量子计算机和单核传统计算机在几个量子退火算法问题上的性能差异,结果指出“对于某些特定问题,D-Wave的速度是传统计算机的1亿倍。”所以在广义的定义上,D-Wave也可以看作是量子计算机的一种。
但是,走特殊路线的D-Wave是否比量子门学派的IBM和Google方法更好呢?需要更多的应用来证明。
美国量子计算机创业公司Rigetti成立于2013,由来自IBM的量子计算物理学家创立。除了量子芯片,它还推出了量子计算的云计算服务。
类量子操作的富士通
受量子计算机技术的启发,日本最大的IT服务提供商富士通通过模拟量子退火的计算方法,推出了DAU (digital annealing Unit)和使用数字退火技术的服务器产品。
由于富士通使用的是“准量子计算”,该技术院国际妇产科研究所产业分析师刘美君指出,“如果要严格算的话,其技术并没有利用量子纠缠和叠加特性,或者利用传统芯片电路的优势进行并行计算,并不是真正的量子计算机。”
换句话说,富士通的产品名称虽然和量子计算机有关,但并不是量子计算机的产品,只能算作传统计算机中的超级计算机。
目前制作量子芯片最主流的流派是采用“超导材料”。超导材料的优势在于制造的量子系统速度快,容易产生多个量子系统实现量子纠缠,因此吸引了谷歌、IBM等科技公司的研发。
除了超导体材料,半导体材料也可以用来制作量子计算机芯片。虽然超导体材料备受关注,但是超导体在全球制造业的技术发展还没有半导体成熟,半导体的制造工艺也和现有的主流芯片差不多,这也是英特尔非常支持半导体材料技术学院的原因,这个学院也接近台湾省半导体产业的核心能力。
但这些技术派别各有利弊,并不代表一个技术方案就比另一个好,最后的发展还很难说,还没到大突破的阶段。
科学
至于量子系统的数量,清大物理系教授牟忠禹强调,“虽然量子系统的数量很重要,但质量更重要。以现在的技术,必须要有调试机制,降低错误率,提高准确率。所以在实际操作中,一个量子系统需要三到五个,甚至上百个量子系统。所以《量子霸权》的50个量子比特在实际操作中可能需要上千个量子比特来提高量子比特的整体质量。”
另外,量子很容易受到电磁波、热辐射等外界干扰,所以从技术上来说,需要让量子保持稳定的量子纠缠状态,完成测量和运算的时间,也就是所谓的相干时间。目前业界最好的表现是10减立方秒。如果相干时间太短,则不可能完成有意义的计算,并且难以提高精度。
可以看出,量子计算机技术还处于非常早期的阶段,各个公司使用不同的技术来开发量子计算机。所以,现阶段企业在推出量子芯片的时候,不可能公正客观地比较各个公司的技术进步,必须更多地以怀疑的眼光看待这项新技术。