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50个量子比特!量子计算机研究迎来里程碑式进展

2017-11-14 18:23:43

2016年,IBM 推出了5量子位的计算机。昨天(11月12日),IBM宣布取得重大进展—— 20量子位的量子计算机问世,并构建了50 量子比特的量子计算机原理样机。

IBM 50Q 系统:针对 50 量子比特制造 IBM 的低温恒温器,图自中国经济网

据科技日报11月13日报道,IBM官网称,在美国电气和电子工程师协会(IEEE)近日召开的计算机未来行业峰会上,IBM人工智能(AI)和量子计算机部门副主席达里奥·吉尔宣布一项里程碑式的进展:IBM已成功建成并测试全球首台50个量子比特的量子计算机原型,向验证量子计算机超越传统超级计算机的“量子霸权”时代迈出了关键一步。公司还将现有的IBM Q系统从16个量子比特升级到20个量子比特,并将于今年年底向客户开放。

传统计算机使用数字1或0两种状态储存信息;而量子计算机使用的量子比特(qubit),是一种0和1的叠加态,可一次性并行处理更强大复杂的运算。业内人士认为,量子计算机如果拥有50个量子比特,将超越传统超级计算机的计算能力,量子计算机将进入“量子霸权”时代,未来可在化学、医药研发和材料科学等领域开展实际应用,模拟亚原子级别的化学反应以及优化供应链等。

模拟工作极具挑战性

《科技日报》此前报道,量子计算机拥有极为强大的计算能力,这种能力源于量子叠加。

50个量子比特能代表1016个数字,传统计算机需要PB(1PB=1015字节)级内存来存储那么多数据。同时,在传统计算机上处理如此海量数据的困难很大,因为超级计算机由很多处理单元组成,管理这些节点进出的数据流相当费时费力。

这就使能模拟的量子比特的数目少于49个。

因此,一旦超过49个量子比特这一关键门槛,量子计算机就能获得“量子霸权(quantum supremacy)”,拥有让传统计算机自愧弗如的强大能力。

上海交通大学物理与天文系教授金贤敏对记者解释说:“49并不是一个非常精确的数字。模拟49个左右的量子比特,大概是现有超级计算机的最大能力,每增加1个量子比特,相应地就需要将超级计算机的能力提升1倍,而这显然很难。”

IBM20和50量子比特阵列

朝“量子霸权”进发

“量子霸权”是美国加州理工学院物理学家约翰·普瑞斯基尔发明的名词,用来表示“在存储和通信带宽呈指数级增加后,量子计算机拥有传统超级计算机所不具有的能力”,比如在化学和材料学里模拟分子的结构;处理密码学、机器学习方面的一些问题等。顶级超级计算机目前能完成拥有5到20个量子比特的量子计算机所做的事情,但超过49个左右量子比特后,量子计算机的能力让超级计算机望尘莫及。

不过,金贤敏强调说:“用经典超级计算机模拟量子计算机的目的,是为了厘清量子计算机要超越经典计算机,实现量子霸权,应朝哪个方向努力。模拟成功也不等于49个量子比特的量子计算机就实现了。量子计算机和量子模拟前景光明,但道路漫长而曲折。”

IBM从2016年开始以云平台向用户提供量子计算服务,最开始的IBM Q样机只有5个量子比特,今年5月升级到16个量子比特。短短一年半时间内,来自1500多所大学、300所高中和300所私人机构的6万多用户注册,用IBM Q开展了170万次实验,发表了35篇以上的相关论文。吉尔表示,新升级的20个量子比特IBM Q新系统的量子态持续时间,由之前的50微秒提高到90微秒,而且,还将提供更高保真的量子操作,减少错误率。

除硬件开发,IBM还致力于创建量子计算“生态系统”,即提供一种名叫QISKit的软件处理工具包,其中的视频化工具等可以帮助研究人员开发量子计算机应用软件。通过在真正的量子计算机上运行量子逻辑算法,学生们可以体验到量子计算机在解决实际问题上的优势。

总编辑圈点

量子计算原理简单,但迄今开发出来的大多是个位数比特的原型机,没法用。此次50个量子比特的新机器问世,量子计算机可算是上了商业应用的大路。当然量子态的持续时间还得再长一点,不过不会太难。IBM令人佩服,它不是吃老本,而是在各领域探索新的可能。创新主体总归是企业,IBM是典范。

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来源:科技日报 | 责任编辑:奕含
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