新研究揭示重新配置的经典计算机有能力超越量子计算机

新研究揭示重新配置的经典计算机有能力超越量子计算机量子计算被誉为一种在速度和内存使用方面都能超越经典计算的技术，有可能为预测以前不可能预测的物理现象开辟道路。许多人认为，量子计算的出现标志着经典或传统计算模式的转变。传统计算机以数字比特（0和1）的形式处理信息，而量子计算机则采用量子比特（量子位），以0和1之间的数值存储量子信息。在某些条件下，这种以量子位处理和存储信息的能力可用于设计量子算法，从而大大超越经典算法。值得注意的是，量子以0和1之间的数值存储信息的能力使得经典计算机很难完美地模拟量子计算机。然而，量子计算机很不稳定，容易丢失信息。此外，即使可以避免信息丢失，也很难将其转化为经典信息，而经典信息是进行有用计算的必要条件。经典计算机不存在这两个问题。此外，巧妙设计的经典算法可以进一步利用信息丢失和翻译这两个难题，以比以前想象的要少得多的资源模拟量子计算机--正如最近发表在《PRXQuantum》杂志上的一篇研究论文所报告的那样。科学家们的研究结果表明，与最先进的量子计算机相比，经典计算可以通过重新配置来执行更快、更精确的计算。这一突破是通过一种算法实现的，这种算法只保留了量子态中存储的部分信息--只够精确计算最终结果。纽约大学物理系助理教授、论文作者之一德里斯-塞尔斯（DriesSels）解释说："这项工作表明，改进计算的潜在途径有很多，包括经典方法和量子方法。此外，我们的工作还凸显了利用容易出错的量子计算机实现量子优势有多么困难。"为了寻求优化经典计算的方法，塞尔斯和他在西蒙斯基金会的同事们把重点放在了一种能忠实呈现量子比特之间相互作用的张量网络上。这些类型的网络出了名的难处理，但该领域的最新进展使得这些网络可以借用统计推理的工具进行优化。作者将该算法的工作与将图像压缩成JPEG文件进行了比较，JPEG文件可以通过消除信息，在几乎感觉不到图像质量损失的情况下，使用更少的空间来存储大型图像。"为张量网络选择不同的结构，就相当于选择不同的压缩形式，就像为图像选择不同的格式，"领导该项目的Flatiron研究所约瑟夫-廷德尔（JosephTindall）说。"我们正在成功开发用于处理各种不同张量网络的工具。这项工作反映了这一点，我们相信，我们很快就会进一步提高量子计算的标准。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426054.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426054.htm

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

量子混杂：与黑洞相媲美的化学反应

量子混杂：与黑洞相媲美的化学反应然而，莱斯大学理论家彼得-沃林（PeterWolynes）和伊利诺伊大学香槟分校的合作者的最新研究表明，分子在扰乱量子信息方面可以像黑洞一样强大。他们结合黑洞物理学和化学物理学的数学工具，证明量子信息扰乱发生在化学反应中，几乎可以达到与黑洞相同的量子力学极限。这项研究成果在线发表在《美国国家科学院院刊》上。Wolynes说："这项研究解决了化学物理学中一个长期存在的问题，即量子信息在分子中的扰乱速度有多快。当人们考虑两个分子结合在一起的反应时，他们认为原子只进行单一的运动，即形成一个键或断开一个键。但从量子力学的角度来看，即使是一个非常小的分子也是一个非常复杂的系统。就像太阳系中的轨道一样，分子也有大量可能的运动方式--我们称之为量子态。当发生化学反应时，关于反应物量子态的量子信息会变得混乱，我们想知道信息混乱是如何影响反应速率的。"张成浩（左）和SohangKundu。图片来源：BillWiegand/伊利诺伊大学香槟分校提供的张成浩照片；SohangKundu提供的Kundu照片为了更好地理解量子信息是如何在化学反应中被扰乱的，科学家们借用了一种通常用于黑洞物理学的数学工具，即时序外相关器（OTOCs）。"OTOC实际上是在55年前的一个非常不同的背景下发明的，当时它们被用来研究超导体中的电子如何受到杂质干扰的影响，"Wolynes说。"它们是超导理论中使用的一种非常特殊的物体。接下来，物理学家在20世纪90年代研究黑洞和弦理论时也使用了它们。"OTOCs测量的是在某一时刻对量子系统的某一部分进行调整会对其他部分的运动产生多大影响--让人们深入了解信息在整个分子中传播的速度和效率。它们是莱普诺夫指数的量子类似物，莱普诺夫指数用于测量经典混沌系统的不可预测性。伊利诺伊大学香槟分校的化学家马丁-格鲁贝莱（MartinGruebele）是这项研究的合著者之一，他是美国国家科学基金会资助的莱斯-伊利诺伊联合缺陷适应中心（Rice-IllinoisCenterforAdaptingFlawsasFeatures）的成员。他介绍说："化学家对化学反应中的扰动非常矛盾，因为要达到反应目标，扰动是必要的，但它也会扰乱对反应的控制。了解分子在什么情况下会扰乱信息，在什么情况下不会扰乱信息，可以让我们更好地控制反应。了解OTOCs基本上可以让我们设定限制，什么时候这种信息真的会消失，不受我们控制，反之，什么时候我们仍然可以利用它来获得可控的结果。"PeterWolynes（左起）、NancyMakri和MartinGruebele。图片来源：Wolynes的照片由GustavoRaskosky/莱斯大学提供；Makri的照片由NancyMakri提供；Gruebele的照片由FredZwicky/伊利诺伊大学香槟分校提供。在经典力学中，粒子必须具有足够的能量来克服能量障碍才能发生反应。然而，在量子力学中，即使粒子不具备足够的能量，它们也有可能"隧穿"这一障碍。对OTOC的计算表明，在低温条件下，隧穿占主导地位的低活化能化学反应几乎可以在量子极限上扰乱信息，就像黑洞一样。南希-马克里（NancyMakri）也是伊利诺伊香槟分校的化学家，她利用自己开发的路径积分法研究了当简单的化学反应模型嵌入一个更大的系统（可能是大分子自身的振动或溶剂）时会发生什么情况，并倾向于抑制混沌运动。Makri说："在另一项研究中，我们发现大环境往往会让事情变得更有规律，并抑制我们所说的影响。因此，我们计算了与大环境相互作用的隧道系统的OTOC，我们看到的是，扰动被熄灭了--行为发生了很大变化。"研究成果的一个实际应用领域是限制如何利用隧道系统构建量子计算机的量子比特。我们需要尽量减少相互作用的隧道系统之间的信息干扰，以提高量子计算机的可靠性。这项研究还与光驱动反应和先进材料设计有关。Gruebele说："我们有可能将这些想法扩展到这样的过程中：在这样的过程中不会只在一个特定的反应中进行隧穿，而是会有多个隧穿步骤，因为这就是涉及到电子传导的过程，例如，很多新型软量子材料，如用于制造太阳能电池和类似材料的过氧化物。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427285.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427285.htm

日本首台量子计算机投入使用，加入中美竞争

日本首台量子计算机投入使用，加入中美竞争日本理化学研究所（简称：理研）3月27日启动了日本第一台“量子计算机”，通过网上云服务开放使用。此举将促进企业和大学使用量子计算机，为未来的产业应用储备技术知识。日本打算通过加入中美主导的量子计算机开发竞争来谋求东山再起。理研在埼玉县和光市的据点设置了量子计算机。在日本国内，虽然美国IBM于2021年在川崎市设置了量子计算机，但此次是日本国产机型首次投入使用。作为计算基本单位和性能标准的“量子位”数量为64个，超过IBM的量子计算机（27个量子位）。来自：雷锋频道：@kejiqu群组：@kejiquchat投稿：@kejiqubot

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

64 位量子比特，富士通研发出日本第二台自研量子计算机

64位量子比特，富士通研发出日本第二台自研量子计算机富士通官方新闻稿宣布，富士通和理化学研究所（Riken）周四成功研发出了新型超导量子计算机，这也是日本第二台自研的量子计算机。富士通和Riken利用了此前为该国首台超导量子计算机开发的技术，双方进一步透露了混合量子计算平台即将启动的消息。该平台能够将此次开发的64位量子计算机的算力、富士通开发的世界最大40量子位的量子计算机模拟器相结合。来源，频道：@kejiqu群组：@kejiquchat