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揭开中国量子计算机“婴儿”的神秘面纱—新闻

发布时间:2017-12-04 阅读:

  揭示中国量子计算机“宝贝”之谜 - 新闻 - 科技网

  新华社北京5月13日电(记者于飞徐海涛周琳)中国科学院量子信息与量子技术创新研究所上海实验室表面上看似没有规章制度,大小镜头和小镜头,奇怪的设备,一些电线悬挂在支架的顶部,旁边发出一个单调的高音单元。

  这是近四年来第一个由20多名研究人员培育出来的中国量子计算机婴儿。这也是世界上第一台超越早期经典电脑的光量子计算机,并于五月初在全球亮相。

  量子计算的原理是微观世界中最弱的量子纠缠。对于古人来说,现代电子技术就像巫术一样,打开未来技术引擎的量子计算并不是今天的世界。

  做上帝无法区分的光子

  中国科学技术大学34岁的陆朝阳教授是量子计算机原型的先驱之一。他的眼睛里充满了短裤和眼镜。人们称他为操纵光子的巫师。

  中国的量子计算机路线图(受访者的地图)

  世界上找不到两个完全相同的叶子,但是我们可以创造出两个相同的光子,可以开玩笑地说,即使上帝不能被区分,量子力学也是一样的。只有两个相同的光子相同,才能让它们产生量子干涉,然后纠缠,否则谁都不理会这两个光子。陆朝阳说。

  上帝也难以区分的光子来源于单一的光子源。 Chiming是冷水机,在零下269摄氏度的温度下提供单光子源。

  目前我国单光子综合性能最好,同型比为99.5%,效率是世界第二位的10倍以上。这是因为我们在2013年创新了一个激动人心的方法,大大降低了噪音。以前,国外技术产生的单光子就像一对混乱的双胞胎,你可以用它们上面的泥土来区分它们,我们制造的光子就像是双胞胎一样被清理干净,你不能告诉它们。陆朝阳说。

  这些光子绕过测试台上的透镜,通过10多个波片,改变偏振信息,然后被导向到一个关键的器件解复用器,相当于这个光量子计算机的CPU。在这里,巫师操纵光子。

  事实上,由巫师们设计和组装的镜子,波板,分光镜和其他奇怪的组成部分似乎是交叉排列的。

  我们设计的超低损耗量子电路达到了99%的效率,而其他国际研究小组的量子效率只有30%。陆朝阳说。

  陆朝阳和同学们讨论了光量子计算机的操作。 (新华社记者金立旺摄)

  宝宝出生以来只做了一件事:玩一个叫做Bose Sampling的游戏。这是科学家设计的一款游戏,用来制造量子计算机和经典的电脑游戏。

  面对显示器上起伏的线条,巫师说:“我们只操纵了五个纠缠光子,击败了早期的经典电脑,到2016年底,奇才已经能够处理10个纠缠光子,创造了一个新的世界纪录。计划在今年年底前完成20个左右的运行。

  虽然这台光量子计算机不如你手机那样强大,但这是一个里程碑。人类历史上第一台电子计算机有几个房间。今天我们看到它是毫无价值的。但它具有非常重要的科学意义。从科学到技术到应用,我们都要一步一个脚印。陆朝阳说,第一辆车刚发明,性能非常不可靠,没有方便舒适的车厢。但是随着科技的发展,这款车最终超越了马车。

  寻找通往罗马的路

  陆朝阳导师,中国科学院潘建伟二十多年来一直致力于微观粒子的操纵。他的团队近期在量子计算方面的突破得益于单光子源和超低损耗量子电路的发展,我们之前的道路是艰难的,现在速度越来越快,这意味着量子计算正在兴起到爆炸性增长点。

  由于量子计算具有巨大的潜在价值,欧美等一些大型高科技公司,如谷歌,微软,IBM等正在大力研究。如何实现量子计算,科学家正在尝试各种程序,光量子只是其中之一。

  中国科技大学教授朱晓波在超导量子计算研究中说:据我所知,有七八种途径在各国努力工作。中国的几个研究小组走在了不同的道路上。

  现在谁也不知道最后的哪条技术路线实际上可以做成量子计算机。所有的道路都有可能通往罗马。已经有几个方向了。问题的解决方案是不一样的。可能有不同类型的量子计算机。另一种可能性是,也许有一天,一匹黑马将从一条未知的道路上被杀死。朱小波说。

  目前,潘建伟团队在三个方向努力:光量子,超冷原子和超导。

  潘建伟说,光量子系统是中国的传统力量,但最快带来真正价值的可能是过冷原子系统,我们的实验室可能需要一到两年的时间才能实现400个原子的相干处理,向前迈进了一大步。

  量子计算机研究实验装置。 (受访者的地图)

  这种技术的超导量子计算路径不容忽视。像谷歌和IBM这样的公司已经在这方面投入了大量资金。这是因为超导量子系统是非常集成和一致的,比典型的超级计算机消耗更少的功率,几乎可以忽略不计。在这方面,中国也有成熟的技术。潘建伟说,不同的研究团队应该共同创新,相互学习。

  潘建伟预测,到2020年,中国有望开发约50个量子位超导量子计算机,超越目前最强大的超级计算机,实现量子统治。

  怀孕的另一个婴儿

  在量子信息与量子技术创新研究所的另一个实验室,超导量子计算机也在建设中。与光量子计算机的内部器官不间断地发展相比,超导量子计算机的核心部件被包裹在一个高度超过一米高的悬空的圆柱形罐中。相同的冰箱啁啾,但超导量子计算机需要较低的环境温度,达到零下273.15摄氏度。

  作为主要开发者之一的朱小波表示,他与浙江大学的王浩华教授,陆朝阳,潘建伟等合作,共同研制出世界上最纠缠的超导材料量子芯片(10位)。

  这个指甲大小的芯片位于圆柱形罐的底部。巨大的罐子设计用于提供芯片操作所需的极低温度,极低噪音的环境。

  朱小波认为,目前的系统不能称为超导量子计算机。他希望能够制作一个平台和界面,让人们可以访问它。量子计算机是全新的,如何操作,许多顶尖的科学家还不清楚。我们希望到今年年底,我们将能够制造10个量子的示范机器。

  他表示,目前最困难的是如何提高量子芯片的操作精度。量子芯片是非常脆弱的系统。蝴蝶翅膀的能量远高于量子操纵的能量,因此屏蔽由振动和电磁波引起的环境噪声是非常重要的。特别难以做到的是提高量子比特数的控制,同时也屏蔽噪音。

  潘建伟认为,中国的科学家可以在10年内处理100个量子位。这样就可以开发出在某些方面具有实用价值的量子计算机,并且可以计算出现在世界总计算能力的数百万倍。

  朱小波介绍超导量子计算机芯片。 (新华社记者金立旺摄)

  人类对计算能力的需求是无止境的。当第一台经典电脑首次推出时,IBM的创始人托马斯·沃森(Thomas Watson)曾经说过,世界上只需要五台电脑。但是现在每个人都至少需要一个。

  那么今后每个人都会有一台量子计算机?

  潘建伟预言,世界上有数以亿计的量子计算机。但是我当然不需要有一个家,手机,笔记本电脑造成的低温是非常困难的。但是我可以使用云计算通过量子通信将需要计算的任务发送到云端。

  传统的电脑已经能够计算出很好的问题,我们不需要使用量子计算机。我们要解决经典电脑无法解决的问题,比如破解密码,天气预报,药物设计等。量子计算也可以极大地促进人工智能的研究。潘建伟说,未来是否会有一台万能量子计算机还不好说。未来的量子计算机可能与我们现在想象的不同。

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