打破二进制：物理学家将两个量子数字完全纠缠在一起

打破二进制：物理学家将两个量子数字完全纠缠在一起真空室今天的量子计算机是从二进制系统中产生的，但编码其量子比特（qubits）的物理系统也有能力编码量子数字（qudits）。这一点最近由因斯布鲁克大学实验物理系的马丁-林鲍尔领导的团队所证明。据苏黎世联邦理工学院的实验物理学家PavelHrmo称："基于量子比特的量子计算机所面临的挑战是在高维信息载体之间有效地创建纠缠。"在2023年4月19日发表在《自然通讯》杂志上的一项研究中，因斯布鲁克大学的团队现在报告，两个量子比特如何能够以前所未有的性能相互完全纠缠，为更高效和强大的量子计算机铺平道路。像量子计算机一样思考数字9的例子表明，虽然人类能够一步到位地计算出9×9=81，但经典计算机（或计算器）必须算1001×1001，在幕后进行许多步的二进制乘法，才能在屏幕上显示81。在经典的情况下，我们可以承受这样做，但在量子世界中，计算对噪声和外部干扰本质上是敏感的，我们需要减少所需的操作数量，以充分利用现有的量子计算机。对于量子计算机上的任何计算来说，至关重要的是量子纠缠。纠缠是独特的量子特征之一，它支撑着量子在某些任务中大大超过经典计算机的潜力。然而，利用这种潜力需要产生稳健和准确的高维纠缠。量子系统的自然语言因斯布鲁克大学的研究人员现在能够完全纠缠两个量子，每个量子都被编码在单个钙离子的多达5个状态中。这给理论和实验物理学家提供了一个新的工具来超越二进制信息处理，这可能导致更快和更强大的量子计算机。马丁-林鲍尔解释说："量子系统有许多可用的状态，等待着被用于量子计算，而不是限制他们与量子比特一起工作。当今许多最具挑战性的问题，在化学、物理学或优化等不同领域，都可以从量子计算这种更自然的语言中受益。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356777.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356777.htm

科学家首次在量子计算机中重现可穿越的虫洞

科学家首次在量子计算机中重现可穿越的虫洞爱因斯坦本人在他的广义相对论中提出了它们的存在，此后的几十年里，科学家们一直在研究我们可能在哪里以及如何找到它们。但对它们的特性仍然知之甚少，几种相互矛盾的模型都有可能。这就产生了一个悖论--为了找出更多的知识，我们需要对真正的虫洞进行观测，但为了观测它们，我们又需要找出更多的东西，这样我们就知道要寻找什么。计算机模拟可以帮助打破这一怪圈，让物理学家测试不同的虫洞模型，以观察它们可能会有什么表现。在新的研究中，科学家首次实现了这一点。不过这种模拟不能在普通的计算机上运行--它需要量子计算机的力量，量子计算机可以进入量子物理学的奇特领域，进行传统计算机无法企及的计算。该团队正在研究虫洞和量子物理学之间的有趣关联--虫洞在眨眼间将东西送过宇宙的想法听起来很像量子传送，在那里，信息可以在两个纠缠的粒子之间立即发送，无论它们相距多远。来自加州理工学院、哈佛大学、费米实验室和Google的科学家利用Google的Sycamore量子处理器首次模拟了虫洞。关键是一个被称为SYK的既定模型，它可以模拟量子引力效应--在这种情况下，研究小组将两个简化的SYK系统纠缠在一起，然后将一个量子比特（qubit）的信息发送到其中一个。果然，该信息从第二个系统中出现了。这不仅证明了量子传送，而且由于这两个SYK模型也模拟了量子引力，它是对现实世界中可穿越的虫洞如何工作的现实模拟。长期以来，人们一直预测，为了使虫洞保持足够长的开放时间，以便有东西通过，它需要受到负能量爆炸的冲击。在模拟中，研究小组测试了这一想法，并发现只有当他们用模拟的负能量脉冲击中它时，虫洞的特征才会起作用--但不是正能量。该团队说，这验证了该模型所代表的不仅仅是一个标准的量子传送事件。当然，这与实际的时空隧道相去甚远，但该团队表示，如果现实世界的虫洞存在的话，这个模型可以帮助物理学家探测其特性。这可能会促进我们对它们的理解，以至于我们最终会研究出如何在宇宙中寻找它们。这项研究的主要研究人员玛丽亚-斯皮罗普鲁说："我们发现了一个量子系统，它表现出引力虫洞的关键特性，但又足够小，可以在当今的量子硬件上实现。这项工作构成了向使用量子计算机测试量子引力物理学的更大计划迈出的一步。它并不像其他计划中的实验那样替代对量子引力的直接探测，这些实验可能在未来使用量子传感来探测量子引力效应，但它确实提供了一个强大的测试平台来锻炼量子引力的想法。"该研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334117.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334117.htm

【专家：量子计算机要破解基于RSA的密码还需要多年时间】

【专家：量子计算机要破解基于RSA的密码还需要多年时间】3月31日消息，凝聚态理论物理学家和量子信息专家SankarDasSarma在《麻省理工技术评论》上指出，量子计算机要破解基于RSA的密码，还有很长的路要走。RSA-密码学利用算法、代码和密钥来安全地加密私人数据，而不受第三方或黑客等恶意行为者的干扰。此加密方法的一个例子是创建一个新的钱包，生成一个公共地址和私钥。Sarma强调，破解密码学目前已经远远超出了现有计算能力的掌握范围。Sarma提到了“量子位（qubits）”，它是像电子或光子这样的量子物体，可以增强量子计算机的能力：“当今最先进的量子计算机有几十个解码器（或“noisy”）物理量子位。要建造一台量子计算机，从这些组件中破解RSA密码，将需要数百万甚至数十亿的量子位。”尽管Sarma对于这是否会在未来威胁密码学持怀疑态度，但他确实指出，真正的量子计算机将“具有今天无法想象的应用”。

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

中国量子计算优越性实验入选国际物理学十大进展

中国量子计算优越性实验入选国际物理学十大进展美国物理学会Physics网站12月21日公布2021年国际物理学领域十项重大进展，中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、陆朝阳等完成的“祖冲之二号”和“九章二号”量子计算优越性实验与美国宇航局“帕克”太阳探测器首次飞越太阳的日冕层、费米国家加速器实验室发现基本粒子缪子的行为和标准模型理论预言不相符等十项研究成果入围。据《中国科学报》报道，著名物理学期刊《物理评论快报》10月25日刊发中国科学技术大学潘建伟院士团队关于量子计算的两大成果。其中，他们成功构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，实现对“随机线路取样”问题的快速求解，比目前最快的超级计算机快数万倍，使得中国首次在超导量子体系达到“量子计算优越性”里程碑。在光子体系，他们在世界首个达到“量子计算优越性”的“九章”光量子计算原型机的基础上，研制出113个光子144模式的“九章二号”，实现了相位可编程功能，对“高斯玻色取样”问题的求解速度比目前最快的超级计算机快亿亿亿倍，再次刷新世界纪录。这一系列成果使中国成为目前国际上唯一同时在两种物理体系均达到“量子计算优越性”里程碑的国家。美国物理学会评价认为，中国科学技术大学研究团队在与谷歌、IBM等竞争中脱颖而出，提供了令人信服的实验论据，在他们的超导和光学量子计算机展示了卓越的量子计算优越性。发布：2021年12月22日9:18PM

IBM发布量子计算芯片“苍鹭” 计划10年内造出超级计算机

IBM发布量子计算芯片“苍鹭”计划10年内造出超级计算机量子计算芯片，错误率创下历史新低当地时间12月4日，IBM在公司量子峰会上首次推出了量子计算芯片“IBMQuantumHeron”（苍鹭），这是IBM历史上第一个实用级量子处理器。“苍鹭”处理器拥有133个固定频率量子位，超过了127个量子位的“Eagle”（老鹰）处理器。IBM称，与“老鹰”相比，“苍鹭”处理器的设备性能提高了3至5倍，而且它的错误率创下了历史新低，比之前的量子处理器低三分之二。明年，将有更多“苍鹭”处理器将加入IBM行业领先的公用事业规模系统群。新型模块化系统亮相，超级计算机距离走进现实不远了另外，IBM还推出了该公司第一台拥有1000多个量子位的量子计算机IBM量子系统二号，相当于普通计算机中的量子位。据悉，该量子计算机将搭载3个“苍鹭”处理器运行。IBM向业界展示了新型模块化系统，将机器内部的处理器连接在一起，然后将机器连接在一起，以形成模块化系统，当与新的纠错代码相结合时，有望在2033年生产出引人注目的量子机器，即包括1000个逻辑量子位的超级计算机，全面释放量子计算的能量。IBM高级副总裁兼研究总监DarioGil表示：“我们正处于量子计算机被用作探索科学新领域的工具的时代。”“随着我们继续推进量子系统，通过模块化架构扩展和提供价值，我们将进一步提高公用事业规模量子技术堆栈的质量，并将其交到我们的用户和合作伙伴手中，他们将突破量子技术的界限更复杂的问题。”量子计算的关键障碍——出错概率大相较于传统计算机，量子计算利用量子的纠缠和叠加，实现更加强大的并行计算能力，且计算速度要快得多。但是，这些量子态也是出了名的变化无常，出错概率很大。为了解决这个问题，物理学家尝试通过诱导多个物理量子位（例如，每个物理量子位或单个离子编码在超导电路中）来共同编码一个信息量子位，即所谓的“逻辑量子位”。研究人员普遍表示，最先进的纠错技术每个“逻辑量子位”需要1000多个物理量子位，一台可以进行有用计算的机器需要拥有数百万个物理量子位。但近几个月来，物理学家对一种称为量子低密度奇偶校验（qLDPC）的替代纠错方案越来越感兴趣。根据IBM研究人员的1号预印本，这一数字将减少10倍或更多。该公司表示，现在将专注于构建芯片，该芯片旨在在400个左右的物理量子位中容纳一些经过qLDPC校正的量子位，然后将这些芯片连接在一起。马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的物理学家MikhailLukin表示，IBM的预印本是“出色的理论著作”。“话虽这么说，用超导量子位实现这种方法似乎极具挑战性，甚至可能需要数年时间才能在这个平台上尝试概念验证实验，”Lukin说。问题是qLDPC技术要求每个量子位直接连接到至少6个其他量子位。在传统超导芯片中，每个量子位仅连接到2-3个相邻量子位。但位于纽约约克敦高地IBM托马斯·J·沃森研究中心的凝聚态物理学家兼IBMQuantum首席技术官OliverDial表示，该公司有一个计划：它将在其量子计算机的设计中添加一层量子芯片，以允许qLDPC方案所需的额外连接。IBM量子副总裁JayGambetta表示，该公司一直在采取双轨方法来准备硬件，包括开发持续大量制造高质量量子位的能力。他表示，超过1121个超导量子位的Condor表明该公司在这方面处于良好状态，IBM在周一推出了这款处理器。“它的量子位小了大约50%，”Gambetta对媒体表示，“收益率就在那里——我们的收益率接近100%。”IBM一直致力于研究的第二个问题是，限制对单个或成对的量子位进行操作时发生的错误。改变量子位的状态会产生微妙的信号，这些信号可能会渗透到相邻量子位中，这种现象就是所谓的串扰。“苍鹭”在新型处理器中属于较小的一款，代表了IBM研发团队4年来为提高门性能所做的努力。“这是一个漂亮的设备，”Gambett说，“它比以前的设备好5倍，错误少得多，而且串扰无法真正测量。”量子计算何时能实现商业化？尽管这项量子计算研究具有里程碑意义，但截至目前仍无法实现商业化。“这一直是一个梦想，而且一直是一个遥远的梦想，”Dial说，“实际上，让它足够接近，让我们能够看到我们今天所处的位置，对我来说是巨大的。”IBM将其量子开发路线图延长10年至2033年，以构建计算、纠错能力更强大的系统。另外，到2024年底，IBM计划在美国、加拿大、日本和德国建立八个量子计算中心，以确保研究人员广泛使用量子系统二号。Gambetta同时表示：“我们需要一段时间才能从科学价值转向商业价值。”“但在我看来，研究和商业化之间的区别正在变得越来越紧密。”IBM研究人员表示，最近的进展增强了他们对量子计算长期潜力的信心，尽管他们没有预测量子计算何时会进入商业主流。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402181.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402181.htm