Nature封面:量子计算机离实际应用还有两年

Nature封面:量子计算机离实际应用还有两年搭载“鹰”芯片的量子计算机这种障碍叫做“量子噪声”,会导致计算结果出现错误。研究团队对处理器中的每一个量子比特的噪声逐一进行测量,推测出了零噪声情况下系统的状态。根据观察和推测结果,团队研发出了全新的“误差缓解”技术。利用这种技术,团队在127量子比特的鹰处理器上成功进行了一次复杂运算。IBM量子研发部门高级主管SarahSheldon表示,我们可以开始设想用量子计算机解决一些此前无解的问题。相关论文已经在最新一期的Nature中发表,并登上封面。最新一期的NaturePodcast当中也介绍了这一研究成果。节目当中主持人评价IBM在量子计算不被看好的情况下做出的这一举动“十分勇敢”但也“拥有确凿证据”。而今年晚些时候,IBM还将发布1121量子比特的秃鹰(Condor)芯片。消灭不掉噪声,就抵消它由于量子纠缠效应的存在,量子不只有0和1两种存在方式,还有它们的叠加态。这使得量子运算的效率从理论上看显著高于传统的只有0和1两种状态的计算机。但实际上,量子计算机并未投入实际应用。原因有点无语——量子运算虽然快,但是错误率也很高。而出错背后的罪魁祸首,就是量子噪声。根据海森堡测不准原理,环境中无时无刻不充满波动的能量,哪怕温度低到绝对零度,也无法消除。量子永不停息的波动导致了它们之间彼此的拥挤、碰撞,这就是量子噪声的来源。对于单个量子,噪声带来的误差可能并不高(低于1%)。但量子计算机是由大量量子组成的复杂系统,各量子产生的误差叠加之后就变得不可忽视了。除了要解决量子噪声问题,IBM认为,还需保证量子处理器具有一定的规模和运算速度。消除量子噪声的过程称为量子纠错,方法是用更多的量子比特来描述一个量子比特,以便有错误时可以纠正。但这一思路的缺陷明显——我们根本无法操控如此之多的量子比特。因此,对于量子噪声,现在普遍采用的处理方式是抵消其影响,而非直接消除。传统的抵消方式是对误差信息实时监测并建立抵消算法,但随着量子比特数的增多,也出现了性能瓶颈。IBM团队研发了一种全新的抵消方式,绕开了这一瓶颈的限制。这种方式的核心是两种关键技术:脉冲拉伸(PulseStretching)和零噪声外推(ZeroNoiseExtrapolation)。脉冲拉伸是通过延长每个量子比特的操作时间,使量子误差被放大,更加有利于观测。这一过程中,IBM采用了物理学上常用的伊辛模型(Isingmodel)。其最基本的假设是相互作用只在最近邻的自旋之间存在。具体到这一项目,量子比特的排列方式是设定模型点阵排列方式的依据。尽管排列方式一致,伊辛模型却是独立于处理器硬件存在的。零噪声外推则是根据采集到的放大不同比例后的误差信息(采集量远低于传统方式),建立函数模型。根据函数模型外推出零点值,即为没有误差存在时的运算结果。尽管仍存在一定的局限性,但经过这种方式抵消一些误差后的量子处理器已经可以进行一些运算操作。IBM团队将其成果送到了加州大学伯克利分校进行效果测评,和他们的超级计算机进行比较。结果显示,鹰芯片驱动的量子计算机的计算结果与真实值的接近程度远高于传统计算机。不过,IBM的研究人员指出,采用这种抵消方式消除噪声影响只是一种短期策略。IBM也在逐步扩大其处理器所包含的量子比特数量。据研究人员预计,到2033年将制造出超过10万量子比特的处理器,届时量子误差将得到根源性的解决。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365823.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1365823.htm

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IBM计算机“基准”实验显示量子计算机将在两年内超越传统计算机

IBM计算机“基准”实验显示量子计算机将在两年内超越传统计算机这项新研究的成果发表在上周的《自然》杂志上。科学家们使用IBM量子计算机Eagle来模拟真实材料的磁性,处理速度比传统计算机更快。IBM量子计算机之所以能超越传统计算机,是因为其使用了一种特殊的误差缓解过程来补偿噪声带来的影响。而噪声正是量子计算机的一个基本弱点。基于硅芯片的传统计算机依赖于“比特(bit)”进行运算,但其只能取0或1这两个值。相比之下,量子计算机使用的量子比特可以同时呈现多种状态。量子比特依赖于量子叠加和量子纠缠等量子现象。理论上这使得量子比特的计算速度更快,而且可以真正实现并行计算。相比之下,传统计算机基于比特的计算速度很慢,而且需要按顺序依次进行。但从历史上看,量子计算机有一个致命的弱点:量子比特的量子态非常脆弱,来自外部环境的微小破坏也会永远扰乱它们的状态,从而干扰所携带的信息。这使得量子计算机非常容易出错或“出现噪声”。在这一新的原理验证实验中,127量子比特的Eagle超级计算机用建立在超导电路上的量子比特计算了二维固体的完整磁性状态。然后,研究人员仔细测量每个量子比特所产生的噪声。事实证明,诸如超级计算材料中的缺陷等因素可以可靠预测每个量子比特所产生的噪声。据报道,研究小组随后利用这些预测值来模拟生成没有噪音的结果。量子霸权的说法之前就出现过。2019年,谷歌的科学家们声称,公司开发的量子计算机Sycamore在200秒内解决了一个普通计算机需要1万年才能破解的问题。但谷歌量子计算机所解决的问题本质上就是生成一长串随机数,然后检查它们的准确性,并没有什么实际用途。相比之下,用IBM量子计算机完成的新实验是一个高度简化但有真实应用价值的物理问题。2019年谷歌量子霸权研究成果参与者之一、加州大学圣巴巴拉分校物理学家约翰·马丁尼斯(JohnMartinis)表示,“这能让人们乐观认为,它将在其他系统和更复杂的算法中发挥作用。”(辰辰)...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366285.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1366285.htm

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量子飞跃:IBM的纠错策略助其超越经典超级计算机

量子飞跃:IBM的纠错策略助其超越经典超级计算机冷却IBMEagle的低温恒温器的内部视图,包含127个量子比特,可以作为科学工具来探索经典方法可能无法解决的新规模问题。资料来源:IBMResearch不过,最近的一项研究表明,即使没有强大的纠错能力,也有办法减少误差,使量子计算机在当今世界发挥重要作用。纽约IBM量子公司的研究人员与加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室的合作者在《自然》杂志上报告说,他们将一台127量子比特的量子计算机与一台最先进的超级计算机进行了比较。至少在一项特定的计算中,量子计算机的性能超过了超级计算机。研究人员之所以选择这项计算,并不是因为它对经典计算机特别具有挑战性,而是因为它类似于物理学家经常进行的计算。重要的是,计算的复杂程度可以提高,以测试目前噪声大、易出错的量子计算机能否为特定类型的普通计算提供精确结果。量子计算机在计算变得越来越复杂的过程中产生了可验证的正确解,而超级计算机算法却产生了错误答案,这一事实给人们带来了希望,即采用减少错误的量子计算算法,而不是更困难的纠错算法,可以解决尖端物理问题,如了解超导体和新型电子材料的量子特性。加州大学伯克利分校研究生、该研究合著者萨简特-阿南德(SajantAnand)说:"我们正在进入这样一个阶段:量子计算机可能能够完成目前经典计算机算法无法完成的事情。"IBM量子公司量子理论与能力高级经理萨拉-谢尔顿(SarahSheldon)补充说:"我们可以开始将量子计算机视为研究问题的工具,否则我们就无法研究这些问题。"反过来说,量子计算机对经典计算机的胜利可能会激发新的想法,以增强目前经典计算机上使用的量子算法,加州大学伯克利分校物理学副教授、托马斯和艾莉森-施耐德物理学讲座教授迈克尔-扎莱特尔(MichaelZaletel)说:"在研究过程中,我非常确信经典方法会比量子方法做得更好。因此,当IBM的零噪声外推版本比经典方法做得更好时,我百感交集。但是,思考量子系统是如何工作的,实际上可能会帮助我们找出处理问题的正确经典方法。虽然量子计算机做到了标准经典算法所做不到的事情,但我们认为这对改进经典算法是一个启发,以便将来经典计算机能像量子计算机一样运行良好。"增强噪声以抑制噪声IBM量子计算机看似优势的关键之一是量子错误缓解,这是一种处理量子计算噪音的新技术。自相矛盾的是,IBM的研究人员可控地增加量子电路中的噪声,从而得到噪声更大、更不准确的答案,然后向后推断计算机在没有噪声的情况下会得到的答案。这依赖于对影响量子电路的噪声的充分了解,以及对噪声如何影响输出的预测。之所以会出现噪声问题,是因为IBM的量子比特是敏感的超导电路,代表二进制计算中的0和1。当量子比特纠缠在一起进行计算时,热量和振动等不可避免的干扰会改变纠缠,从而带来误差。纠缠程度越高,噪声的影响就越大。此外,作用于一组量子比特的计算会在其他未参与计算的量子比特中引入随机误差。额外的计算会加剧这些错误。科学家们希望利用额外的量子比特来监测这些错误,以便对其进行纠正,这就是所谓的容错纠错。但是,实现可扩展的容错是一项巨大的工程挑战,对于数量越来越多的量子比特来说,容错是否可行还有待验证,Zaletel说。取而代之的是,IBM工程师提出了一种被称为零噪声外推法(ZNE)的误差缓解策略,即利用概率方法可控地增加量子设备上的噪声。根据一名前实习生的建议,IBM研究人员找到了阿南德、博士后研究员吴艳涛和Zaletel,请他们帮助评估使用这种误差缓解策略所获得结果的准确性。Zaletel开发了超级计算机算法来解决涉及量子系统的困难计算,例如新材料中的电子相互作用。这些算法采用张量网络模拟,可直接用于模拟量子计算机中相互作用的量子比特。Cori于2017年推出,是CrayXC40系列中的一个型号,拥有约30petaflops的惊人峰值性能,稳居当时全球超级计算机的第五位。它配备了2388个英特尔至强"Haswell"处理器节点、9,688个英特尔至强Phi"Knight'sLanding"节点和1.8PB的CrayDataWarpBurstBuffer固态设备,它的名字是为了纪念著名的生物化学家GertyCori。值得一提的是,GertyCori是第一位获得诺贝尔科学奖的美国女性,也是诺贝尔生理学或医学奖的首位女性获得者。Cori超级计算机于2023年5月31日退役。资料来源:伯克利实验室量子与经典:实验在几周的时间里,IBMQuantum的YoungseokKim和AndrewEddins在先进的IBMQuantumEagle处理器上运行了越来越复杂的量子计算,然后Anand在伯克利实验室的Cori超级计算机和Lawrencium集群以及普渡大学的Anvil超级计算机上使用最先进的经典方法尝试了同样的计算。当量子鹰于2021年推出时,它拥有所有量子计算机中数量最多的高质量量子比特,似乎超出了经典计算机的模拟能力。事实上,在经典计算机上精确模拟所有127个纠缠的量子比特需要天文数字的内存。量子态需要用127个独立数字的2的幂来表示。也就是1后面跟38个零;一般计算机可以存储约1000亿个数字,少了27个数量级。为了简化问题,阿南德、吴和扎莱特尔使用了近似技术,使他们能够在经典计算机上以合理的时间和成本解决这个问题。这些方法有点像jpeg图像压缩,即在可用内存的限制下,去掉不那么重要的信息,只保留获得准确答案所需的信息。Anvil超级计算机是一台功能强大的超级计算机,可提供先进的计算能力,支持各种计算和数据密集型研究。资料来源:普渡大学阿南德证实了量子计算机在不太复杂的计算中结果的准确性,但随着计算深度的增加,量子计算机的结果与经典计算机的结果出现了偏差。对于某些特定参数,阿南德能够简化问题并计算出精确解,从而验证量子计算结果优于经典计算机计算结果。在所考虑的最大深度上,虽然没有精确的解,但量子和经典结果却不一致。研究人员提醒说,虽然他们无法证明量子计算机对最难计算的最终答案是正确的,但"老鹰"在前几次运行中取得的成功让他们确信这些答案是正确的。"量子计算机的成功并非偶然。它实际上适用于整个电路家族,"扎莱特尔说。友好竞争与未来展望虽然扎莱特尔对预测这种减少错误的技术是否适用于更多的量子比特或更深入的计算持谨慎态度,但他说,这些结果还是鼓舞人心的。他说:"这激发了一种友好竞争的感觉,我认为我们应该能够在经典计算机上模拟他们正在做的事情。但我们需要用一种更聪明、更好的方式来思考这个问题--量子设备正处于一个表明我们需要不同方法的阶段。"一种方法是模拟IBM开发的ZNE技术。阿南德说:"现在,我们要问的是,我们能否将同样的误差缓解概念应用到经典张量网络模拟中,看看能否获得更好的经典结果。这项工作让我们有能力使用量子计算机作为经典计算机的验证工具,这颠覆了通常的做法。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377527.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1377527.htm

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超级量子计算机“MOSS”离我们还有多远?

超级量子计算机“MOSS”离我们还有多远?其中,量子计算机550系列的戏份之多,甚至足以媲美电影中的主角,在几乎所有的关键场所、情节中都有出场,在电影中更是将其称为流浪地球计划得以成功实施的关键。图源:流浪地球2如果你有看完片尾阶段的彩蛋,你还会发现代号550W量子计算机,或许就是整个流浪地球系列电影中的最大反派,从人类逃亡计划的基石到幕后最大反派(可能),量子计算机真的如电影中描述的那般强大吗?现实中的量子计算机到底又发展到什么程度了呢?量子计算机到底是什么?什么是量子计算机?简单来说,量子计算机就是以量子逻辑进行通用计算的设备,其与传统的计算机有着本质上的区别。目前传统的计算机基本遵循二进制(在早期的电子管时期也有十进制等设备,后期则基本为二进制),其状态只有0与1,而量子计算机则不同,简略来说它有着0、1、2三个状态。图源:VEER略懂计算机发展历史的朋友此时或许就开始吐槽了,0、1、2不就是三进制计算机吗?要注意的是,三进制的0、1、2,只是表示其逢三进一的一种计算方式,而非状态。或者这么说会更好理解,在二进制系统中,0是关,1是开,只有开与关两种状态。而在量子计算机的系统中,0是关,1是开,2则是不确定(参考薛定谔的猫),在量子力学中一般将“2”的状态称之为叠加态,“2”并不代表某一个状态,而是n个状态的叠加。图源:维基百科所以,在量子计算机的运行过程中,“2”的存在使得量子计算机可以在同一时间处于n种状态中。举个例子,我们假设存在一台有四个比特的传统计算机,这台计算机每一秒只能得到一个状态,也就是0000或0101,那么想要获得所有状态就需要16秒。此时我们还有一台具有四个量子比特的量子计算机,它可以同时计算从0000到1111的所有排列组合,这意味着量子计算机只需要1秒钟就可以输出16种状态,相当于16台传统计算机同时运行的效率。16倍,好像并不多?那么如果将比特数增加到5呢?答案是32倍,6个比特呢?64,倍。随着比特数的增加,量子计算机与传统计算机之间的性能差距是呈指数级增长的,略懂数学的朋友应该能够意识到其中的恐怖,所以实际的量子计算机速度可以达到传统计算机望尘莫及的高度。而且,量子计算机还有一个神奇的特性——量子纠缠态,量子纠缠态可以无视时间、空间使得距离无数远的两颗量子瞬间完成同步。简单来说,如果有两颗处于纠缠态中的量子,一颗在中国,一颗在月球,在中国的人将手上的量子转了个圈(比喻)同时打开激光灯照向月球,在激光到达月球前,月球上的量子就已经同步转了一圈。量子纠缠态超越时间与空间的特性,使其成为科幻作品中时空穿梭等概念的可行性猜想之一。而在量子计算机中,科学家则可以利用这个特性,让量子计算机在同一时间里进行多组不同的运算,最后通过观察使其坍塌向概率最大的结果,也就是“正确答案”。可以说,在量子计算机面前,人类目前所使用的加密系统形同虚设,拥有一台强量子计算机的人理论上可以随意进出各国的在线金融系统,并且任意修改账户上的金额。当然,这是最无聊的应用,如果现实中可以造出550W,我们甚至可以从原子层面模拟整个世界。我们离“MOSS”还有多远?在《流浪地球2》中,MOSS是搭载于最新型量子计算机550W上的人工智能,550W的强大在电影中有着多处表现。比如同时控制全球各地的数万台行星发动机,还有余力进行行星发动机的建设与维护,甚至还可以模拟数字生命,使其寿命延长到70年(在550C中为2分钟)。量子计算机的性能,取决于其内置的量子比特数量,具体的性能指标则是“量子体积”,由IBM所提出的一个专用单位。电影中的550W量子体积为8192,目前IBM新闻中公开的最强量子计算机,量子体积为128,两者相差64倍。不过,编剧似乎在这里摆了一个小乌龙,八千多量子体积的量子计算机其实我们有了,理论上在离子阱量子计算机中,只需要13个量子比特就可以得到相同量子体积的计算机。有研究相关领域的网友表示,想要实现片中550W的算力,需要8000个以上的完美逻辑量子比特,那么我们现在的量子计算机最高是多少呢?433量子比特,由IBM制造,距离影片中的550W还有20倍以上的差距。图源:IBM而且,量子比特的数量增加,研发难度也会随之飙升,想要达到550W的同等算力,我们还有很长很长的一段路要走。而算力只是制造550W的第一步,想要在现实中复刻“MOSS”,目前还看不到希望。为何?不知道大家是否还记得电影中的一个桥段,太空电梯的无人机操控系统失控,最终的解决方案是将550C接入控制中心的主电脑,直接生成新的操作系统覆盖旧系统。该剧情桥段发生的时间点中,量子计算机仍是战略设备,仅用于少数极重要的项目中,所以无人控制中心所使用的其实是传统计算机。不需要额外的操作,550C就自主完成了两个计算机系统之间的编译转码,同时还在极短的时间里自编译了一个新的系统底层。而且550系列量子计算机几乎可以被用在所有需要算力的场景,这意味着550系列是通用量子计算机,在现实的量子计算机研发中,通用量子计算机还是如同空中楼阁般的存在,可望而不可即。我们目前的量子计算机,其本身有着很大的局限性,只有在特殊的运算中才能发挥出远超传统计算机的性能,比如并行运算等场景。而且,想要让量子计算机按照预定的形式运行,也需要技术人员提前进行设置。简单来说,我们目前的量子计算机是特异化的设备,只在特定领域可以正常运行,如果让其在非特定领域工作,性能甚至还不如传统计算机。可以说,量子计算机研发的最终梦想,就是打造一台通用量子计算机,届时一切需要用到计算机的事物,都将得到前所未有的加强。在一些研究者的设想中,成熟的通用量子计算机可以在原子层面模拟一个人乃至一颗星球,并且利用量子特性计算出这个人的未来,也就是科幻作品中的“预知未来”。听起来或许异想天开,但是在量子力学中这并非不可能实现的,在电影中也有所表达,比如数字生命图丫丫,还有片尾彩蛋中,MOSS预告了数十年后才会发生的木星危机。图源:流浪地球2我们与电影中的量子计算机距离,可以借用某个网友的一个比喻:“大概等同于钻木取火到i9处理器的差别”,除非出现新的科学大爆炸,否则我们这一代人是没有可能见到的。不过,或许也不需要悲观,在目前各国的量子计算机计划中,上千比特的量子计算机将在2023—2025年左右推出市场,随着量子计算机的普及,计算中心等基础设施将会得到可观的性能提升,随之而来的变革或许将会彻底颠覆我们的社会。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341845.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1341845.htm

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日本首台国产量子计算机投入使用

日本首台国产量子计算机投入使用64量子比特集成电路芯片与谷歌和IBM采用的技术一样,日本首台量子计算机同样使用在极低温下电阻为零的超导回路,制备用于计算的信息基本单位——量子比特,设备具有“2D集成电路”和“垂直布线封装”功能。垂直布线封装该量子计算机的量子比特数为64个,超过IBM2021年在日本推出的27个量子比特的量子计算机。开发负责人、量子计算机研究中心主任中村泰信强调:“精度已经相当接近于世界水平。将不断提高技术,传播相关技术知识”。用户访问超导量子计算机示意图据了解,富士通接受理研提供的技术和知识,计划2023年度内开发试制机,简而言之,日本企业将全面发起反攻,中美日量子计算主导权之争将更加激烈。值得一提的是,今年1月,合肥本源量子已研发出多台中国量子计算机,并成功交付一台量子计算机给用户使用。该量子计算机的成功交付,使我国成为世界上第三个具备量子计算机整机交付能力的国家。这是我国继实现“量子优越性”之后,又一次确立了在国际量子计算研究领域的领先地位。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351377.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1351377.htm

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IBM和日本研究所开发下一代量子计算机 拥有10000个量子比特

IBM和日本研究所开发下一代量子计算机拥有10000个量子比特量子计算机以解决传统计算机无法解决的复杂问题而闻名。它们有望帮助发现新药,通过更高效的分销路线改善物流,以及许多其他应用。该研究所和IBM预计将在未来几天签署谅解备忘录并宣布这笔交易。据该研究所称,这将是IBM首次与外国研究机构在如此大规模的量子计算领域展开合作。正在开发的量子计算机预计将于2029年投入使用。该计算机拥有超过10000个量子比特,有望无误地计算高级组合。合作伙伴还将开发下一代量子计算机所需的半导体和超导集成电路。量子计算机在接近绝对零度的极低温度下运行,因此需要能够承受极端温度的半导体和电路。该研究所隶属于日本经济产业省,以其在人工智能(AI)相关技术方面的实力而闻名,并拥有与IBM合作项目所需的专利。它还希望引入日本零部件制造商,实现量产。IBM预计将在2025年开始销售拥有1000量子比特的量子计算机。该研究所和IBM将说服日本公司使用它们。该研究所将通过培训日本公司使用量子计算机做出贡献,例如制药商。量子计算机仍处于发展阶段。现有的133量子比特的量子计算机仍然会出错,在研究中使用时通常需要超级计算机的帮助。预计10000量子比特的版本无需超级计算机的帮助即可使用。科学家表示,要使量子计算机投入商业使用,硬件需要达到20000到30000个量子比特的水平。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434996.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1434996.htm

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谷歌量子计算机6秒内完成47年计算 超越世界第一超算

谷歌量子计算机6秒内完成47年计算超越世界第一超算论文称,谷歌最新Sycamore量子处理器目前拥有70个量子比特,而2019年版本只有53个量子比特。量子比特的增加,意味着可以成倍地提高量子计算机的性能,这使得新处理器的稳健性大约是以前的2.41亿倍。最新研究将标志着,量子计算迎来里程碑时刻。凭借其计算优势,谷歌的量子计算机有望彻底改变包括人工智能在内的各个领域。以前所未有的速度解决复杂问题,有望解锁下一代人工智能模型,突破许多领域从未超越的界限。47年被凝结成瞬间每个量子比特可以同时存在于0、1或叠加的状态,因此存储和处理这种级别的量子信息的能力很不容易,即使是最快的经典计算机也无法比拟。谷歌团队在一篇论文中表示,量子计算机有望执行超出经典计算机能力的任务。‘我们根据改进的经典方法估算了计算成本,并证明我们的实验超出了现有经典超级计算机的能力。’就算是田纳西州的Frontier超算(这已经是目前全世界最快的超算了),也碰不了量子计算机的瓷。当然前提是量子计算机释放出自身的潜力。因为传统的计算机用二进制的代码语言运行,仅限于0和1,以及双重状态。而量子计算机超越了这个限制。不过,目前研究人员还不能确定谷歌量子计算机的制造成本究竟是多少。但变革性的计算能力是毋庸置疑的。根据谷歌团队的说法,Frontier超级计算机只需6.18秒即可匹配谷歌-53量子比特计算机的计算结果。然而,同样的一台Frontier则需要47.2年才能与谷歌最新的70量子计算机所能提供的的计算能力相匹配。领域内的许多专家都认为谷歌的新量子计算机是一项重大进步。剑桥量子公司Riverlane的CEOSteveBrierley将谷歌的进步称为一个‘重大里程碑’。‘量子霸权?这个问题我们不用再争论了。’同样,苏塞克斯量子技术中心主任的一位教授赞扬谷歌解决了传统计算机难以计算的某些特定学术问题。他强调,在我们眼前关键的下一步,是创建能够纠正自身固有操作错误的量子计算机。虽然IBM尚未对谷歌最新的量子计算机置评,但明显,谷歌在量子计算领域的这一进展引起了全球研究人员和公司的共同关注。毫无疑问,这将为计算技术的发展开辟新的前景和竞争。研究中,团队提到噪声与相干演化相竞争,并破坏了长程相关性,这使得充分利用近期量子处理器的计算能力成为一个巨大的挑战。研究人员进行了随机电路采样(RCS)实验,在这些实验中,他们确定了由量子动力学和噪声之间的相互作用驱动的不同阶段。在量子计算中,这涉及通过运行随机电路,并分析结果输出来测试量子计算机的性能,以评估其解决复杂问题的能力和效率。在电路深度的驱动下,系统首先经历动态相变,其中输出分布不再集中在比特串的一部分中。第二个是由噪声驱动的转换。利用交叉熵基准,研究人员观察到了阶段边界,这可以定义噪声量子演化的计算复杂性。在模拟的估计计算成本,比起经典计算机,53量子比特完成1百万个噪音样本比其快6.18秒。而70量子比特要快47.2年。最后,谷歌团队展示了一个24周期70量子比特的RCS实验,估计保真度为1.7-107%,这意味着在相同保真度下,电路体积增加了约60%。谷歌根据改进的经典方法估算了计算成本,并证明了新量子计算机有着超出了现有经典超级计算机的能力。70量子比特的Sycamore实现了量子优势谷歌团队表示,尽管迄今为止RCS已经取得了成功,但寻找近期噪声量子处理器的实际应用仍然是一个突出的挑战。他们进行的实验就提供了量子动力学如何与噪声相互作用的研究。观察到的相界为高噪声量子器件能够正确利用其计算能力的7个体系提供了定量指导。在弱噪声阶段,全局相关性主导XEB,这一事实保护了RCS免受欺骗的攻击,这些都是未来应用的设计方向。‘量子霸权’成乌龙?其实,早在2019年,谷歌便声称实现了量子霸权。研究人员在NASA网站上发表的论文一经发布,便引起了轰动。论文称,谷歌处理器能够在3分20秒内执行一个计算,而用当今最强大的超级计算机Summit进行同样的计算,需要约10000年。随后,谷歌这篇论文正式在Nature上重磅发表。论文通讯作者JohnMartinis和同事描述了实现量子霸权所取得的技术进展。他们研制了一台由54个量子比特组成的处理器(名为Sycamore处理器)。该处理器利用量子叠加和量子纠缠实现的计算空间与经典比特所能达到的相比,实现了指数级的增加。由于有1个量子比特无法有效工作,处理器实际只用了53个量子比特。研究团队开发的纠错流程可以保证较高的运算保真度(高达99.99%)。为了测试该系统,团队设计了一项对量子电路产生的随机数字进行采样的任务。对于经典计算机来说,这一任务的难度会随量子电路中量子比特数的增加而增加。最后,量子处理器在200秒左右的时间内从量子电路中采集了100万个样本,而当今最强大的超级计算机大约需要1万年的时间才能完成这一任务。Nature表示,‘谷歌实现量子霸权无疑是一项了不起的成就’。然而,针对谷歌‘量子霸权’事件的批判和质疑也随之而至。IBM团队写道,‘在一个经典的系统上,同样的任务的理想模拟可以在2.5天内完成,而且保真度要高得多。’这意味着谷歌实际上并没有表现出量子霸权,而且竞争仍在继续。微软、IBM也下注除了谷歌,IBM、微软也在量子计算机上押注未来。在微软看来,未来十年最大的创新可能是在聚变能源、人工智能和量子计算领域。6月,CEO纳德拉曾公布了微软宏伟目标,10年内建造出量子计算机。将未来250年的化学和材料科学进展压缩到未来25年。AzureQuantumElements通过整合高性能计算(HPC)、人工智能和量子计算的最新突破,可以加速科学发现。值得一提的是,AzureQuantum中的Copilot帮助科学家使用自然语言来推理复杂的化学和材料科学问题。前段时间,IBM量子计算机登上了Nature封面。IBM、加州大学伯克利分校的Nature论文展示了,一条通往有用量子计算的道路。研究首次证明,100+量子比特的量子处理器,可以产生精确结果,并达到超越领先的经典方法。最重要的是,无需纠错就可超越经典计算机。论文中,研究人员在IBM127量子比特鹰(Eagle)量子处理器上模拟了磁性材料的行为。至关重要的是,他们设法绕过了‘量子噪声’,取得了可靠结果。要知道,量子噪声会引入计算误差,是这项技术的主要障碍。有研究统计,自2015年以来量子计算的投资走势不断上涨。与经典计算相比,量子计算具有彻底改变行业和以指数级速度解决复杂问题的潜力。量子计算机的突破可能会彻底改变许多领域,从药物发现到气候建模、金融建模,甚至人工智能,其潜力是巨大的。具体来讲,对不同领域的影响:-密码学:增强加密和解密算法。-药物发现:加速新药的开发。-优化问题:解决复杂的优化挑战。-机器学习:改进模式识别和数据分析。-财务建模:加强财务风险分析和预测。-材料科学:设计具有特定特性的新型材料。-天气预报:提高天气预报的准确性。-量子化学:模拟和研究化学反应。-人工智能:增强人工智能算法和训练模型。这次,谷歌的新量子计算机标志着速度和潜力的突破性进步,开启了一个具有跨多个行业变革意义的计算新时代。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371165.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1371165.htm

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