世界之最!62比特!“祖冲之号”问世!

近日,中科院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的研究团队,成功研制了62比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”,并在此基础上实现了可编程的二维量子行走。相关研究成果于2021年5月7日在线发表在国际学术期刊《科学》杂志上。

近期,该团队在自主研制二维结构超导量子比特芯片的基础上,成功构建了国际上超导量子比特数目最多、包含62个比特的可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”,并在该系统上成功进行了二维可编程量子行走的演示。研究团队在二维结构的超导量子比特芯片上,观察了单粒子及双粒子激发情形下的量子行走现象,实验研究了二维平面上量子信息传播速度,同时通过调制量子比特连接的拓扑结构的方式构建马赫-曾德尔干涉仪,实现了可编程的双粒子量子行走。该成果为在超导量子系统上实现量子优越性展示及可解决具有重大实用价值问题的量子计算研究奠定了技术基础。此外,基于“祖冲之号”量子计算原型机的二维可编程量子行走在量子搜索算法、通用量子计算等领域具有潜在应用,将是后续发展的重要方向。

可能很多人会说这量子计算太深奥了,以上说的每个字都懂,连在一起就有点难以理解了,那什么是量子计算呢?超导量子计算原型机“祖冲之号”有多强?量子计算比传统的计算快了多少?对人们未来的生活带来哪些影响?

量子计算机是什么“黑科技”?

要解释“祖冲之号”有多强,首先要回答一个问题,量子计算机是什么?量子计算机是计算机吗?

答案是肯定的,但量子计算机和我们现在理解的电脑差别很大。首先二者的计算形式不一样,电脑是通过电路的开和关来进行计算,我们日常用的电脑,不管是屏幕上的图像还是输入的汉字,这些信息在硬件电路里都会转换成1和0,再进行传输、运算、存储。而量子计算机则是以量子的状态作为计算形式,目前量子计算机使用的是如原子、光子等物理系统,不同类型的量子计算机使用的是不同的粒子,比如说去年年底我国研究团队成功研制出量子计算原型机“九章”,它就是用光量子计算原型机。

量子计算原型机“算术”有多强?

那么,量子计算机到底有多强呢?实验结果显示,“九章”处理特定问题的速度比目前排名世界第一的超级计算机要快100万亿倍。成功实现了量子计算领域 的第一个里程碑——量子计算优越性。

什么是量子?

相比超级计算机,量子计算机的计算速度都是以亿为倍数单位的,由此可见,量子计算到底有多么强悍,量子计算的速度为什么要高于传统计算机那么多呢?要想搞清楚这一样,首先要知道什么是量子?它有哪些脾气?

量子以及量子产品作为当下全球最前沿科技,量子真的已经走进了我们的生活吗?要想搞清楚这一点,得先知道什么是量子,他到底有哪些脾气和个性,那究竟什么是量子呢?

构成物质的最小单元是基本粒子,而量子是质量、体积、能量等各种物理量的最小单元,它也是以某种粒子状态存在的。比如说光,我们看到的是一整片明亮,但如果进入微观世界就能发现这片光是由无数光子组成的,可以想象一下,我们每一举手、每一投足,甚至是每一个呼吸都有上万亿的量子在移动。

不可分割不可测 量子具有诸多神奇特性

量子看不见摸不着,但却真实存在,因此又被称作“世纪幽灵”,听上去很神秘,殊不知这量子的奇特之处还有很多。

中国科协“源新闻”专家库成员 中科院物理所固态量子实验室主任 范桁:举一个简单的例子。比方说我们从正面来看它的时候,我们看到的可能是一个矩形。如果从不同方向,从这个方向看过来的话,可能看到的是个圆形。

从不同的方向可以读取到不同的状态,同时任何来自外部的探测都会对量子状态产生干扰,这就是量子的不确定性,也称作量子的测不准原理。除此之外量子还具有波粒二象性、量子纠缠、量子叠加等特性,都是量子微观世界的神奇特质。

超导量子计算机的原理是什么?

说了量子这么多神奇特性,当然是为了知道它能干什么。比如说“量子叠加”原理就被科学家利用,开发出了超导量子计算机。所谓“量子叠加”指的是一个量子可以同时存在好几种状态,形象点说,就像是西游记里孙悟空的分身术,每当遇到敌人数量特别多的时候,孙悟空都会从脑后拔出三根救命毫毛,变成无数自己的分身,一群猴子一起打妖怪,这战斗力自然是几何级的提升。

那量子也是如此,科学家用他的分身术,来把我们的计算机实现定型运算,比如10的90次方,它比宇宙中所有粒子数还多,去分解这样一个天文级大数,普通计算机需要15万年,而未来的量子计算机只需要数秒。

可编程的二维量子行走是什么概念?

目前我国在超导量子计算机领域世界领先,这次中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的研究团队,成功研制了62比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”超导量子比特数目最多。那么量子比特数量最多又意味着什么?可编程的二维量子行走又是什么概念?

中国科学院科学传播研究中心副主任 袁岚峰:首先它实现的事情,量子随机行走,就好比一个醉汉每一步都是随机的,它跟以前的粒子完全无关,所以它就是62个国际象棋棋盘上的这样一个空间,一个粒子或者两个粒子的量子随机行走,用这样一个模型可以实现一个通用量子计算,就是说,量子计算能够实现的任何功能都可以通过这样的方式来实现。

无论是“祖冲之号”还是“九章”目前还处于量子原型机的研究阶段,相对于传统计算机,量子计算机还只是个初学行走的孩子,而我们的星辰大海,是造出有大规模容错能力的通用量子计算机,毕竟量子计算机的未来,超强的量子计算值得期待。

(图文来源:一问到底源新闻,不代表本单位观点与立场)

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

此站点使用Akismet来减少垃圾评论。了解我们如何处理您的评论数据