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一个足球场大小的机器的蓝图

2020-08-08 05:58:56 cq-dongrui.cn

一个足球场大小的机器的蓝图

量子计算机承诺通过超级处理能力来解决世界上最棘手的一些问题。 但是,构建这些机器所涉及的技术挑战意味着它们仍然取得了理论上能力的一小部分。

现在来自英国的物理学家已经创建了一个足球场大小的机器的蓝图,他们说可以达到令人振奋的速度,这将使他们能够解决超越当今最强大的超级计算机的难题。

该系统基于模块化设计,互连多个独立的量子计算单元,可以扩展到几乎任何大小。以前已经提出了模块化的方法,但是诸如更简单的控制系统和模块间连接的创新速度比最先进的速度快十万倍,这成为大规模量子计算机的第一个实际提案。

“多年来,人们表示,构建实际的量子计算机是完全不可能的。通过我们的工作,我们不仅表明可以做到这一点,而且现在我们正在提供一个坚果和螺栓施工计划,以建造一台实际的大型机器“,大学离子量子技术集团负责人Winfried Hensinger教授负责研究的Sussex在新闻稿中说。

单个模块核心的技术已经很成熟,并且依靠在磁场中捕获离子(带电原子)作为量子计算机的基本信息单位“量子位”。

虽然常规计算机中的位可以具有1或0的值,但是量子位利用了叠加的量子力学现象,这允许它们同时存在。

正如伊丽莎白吉布尼在自然界中所解释的那样,这使得量子计算机变得如此快速。 “包含量子计算机的存储器的量子位集合可以一次存在于1和0的每个可能的组合中。古典计算机必须依次尝试每个组合,量子计算机可以同时处理所有这些组合。“

在上周科学进步杂志发表的论文中,研究人员概述了包含大约2,500个量子位的模块的设计,并建议将其中数千个相互联系起来创建一个包含20亿个量子位的机器。为了比较,加拿大D-Wave公司是唯一的量子计算机商业化生产商,刚刚推出了其2000型量子位的最新型号。

这不是第一次建议这样的模块化系统,但是以前的方法已经建议使用通过光纤传播的光波来链接单元。这导致模块之间的交互速度远远低于其中发生的量子操作,将手刹置于系统的总体速度上。在新设计中,离子本身使用电场从一个模块传输到另一个模块,这导致连接速度提高了100,000倍。

该系统还具有更简单的控制量子位的方法。以前的设计需要激光器仔细瞄准每个离子,这是处理数十亿个量子位的巨大工程挑战。相反,新系统使用微波场和电压的仔细应用,这更容易扩大。

研究人员承认,按照建议的规模建造设备还存在相当大的技术挑战,更不用说成本了。但是他们已经宣布计划在大学设计基础上建造一个价值1-2百万英镑的原型。

马里兰大学物理学家克里斯托弗·门罗(Christopher Monroe)说,“虽然这个建议是非常具有挑战性的,但我希望在量子界更多的人会认为这样大。”

在他们的论文中,研究人员预测,他们的二十亿个量子位系统可以在110天内找到617位数的主要因素。这是很重要的,因为许多最先进的加密系统依赖于数千年可以将传统计算机分解为大数字的事实。这就是为什么网络安全世界中许多人对量子计算的到来感到紧张。

不过,这些研究人员并不是唯一一个致力于将量子计算融入现实世界的研究人员。 Google,Microsoft和IBM都在开发自己的系统,而D-Wave最近也开放了一个软件工具,帮助那些没有量子物理学背景的人将其机器编程。

所有这些都是由于量子计算的巨大潜力,解决了以前不可治愈的疾病开发药物的多样性和复杂性问题,为高性能超导体,磁体和电池,甚至涡轮增压机学习和人工制造新材料情报。

Hensinger说:“通用量子计算机的可用性可能对整个社会产生根本的影响,”毫无疑问,建立大型机器仍然具有挑战性,但现在是将学术卓越转化为实际应用的时候在这个突破性的技术的基础上建立在英国的优势。“

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