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中美同日突破量子计算机?

2015-12-18 08:31 大数据实验室

  如果光看下面两条新闻,你会觉得今天(2015年12月11日)是计算机历史上一个会被永远记住的日子:美国时间12月9日,多家美国媒体报道,美国航空航天局与谷歌公司本周早些时候(12月8日夜)宣布,他们制造出了第一台真正利用量子机制运算的电脑,并称这台代号D-WAVE 2X的计算机运算速度可以达到普通电脑的一亿倍。10日,俄罗斯卫星新闻网发表新闻称,中国科技大学的一个研究小组利用一块金刚石制造出了世界上首台量子计算机,可以在不到一秒时间内破解普通计算机需要几年甚至十年才能破解的密码。量子计算机和常温核聚变、超导等技术被视为开启第四次工业革命大门的未来技术,如今中美竟然在一星期内先后宣布突破这种能够把信息技术带入新时代的超级电脑?如果这都是真的,那不啻于吹响“量子计算机竞赛”的号角,其意义不亚于点燃太空竞赛的“东方”号飞船升空。然而,观察者网发现,这两条新闻似乎都显然有夸大成分,人类真正要进入量子计算时代,恐怕还要等很长时间。

  12月9日,PCWorld杂志网站发表新闻,称谷歌和NASA在硅谷展示的D-Wave 2X量子计算机是世界上第一台能够稳定工作的量子计算机。报道称,这台计算机是从加拿大D-wave手中购买。这家公司早在2007年就宣称自己已经研制出了量子计算机,并在2012年获得中情局和民间投资。谷歌在2013年与美国国家航空航天局联合成立了一个实验室,计划使用这种计算机来研究人工智能(也就是说,谷歌和NASA并未真正参加“制造”量子计算机,这台计算机的实际研制者是D-wave公司)。

  今年8月,D-Wave公司发布了2X系统,运用了1152量子比特架构(对比其第二代系统多了640量子比特)。谷歌此次就是声称在这套系统上取得了突破性进展。

  有意思的是,两年前D-Wave公司宣称自己的D-Wave量子计算机的运算速度可以比现代计算机提高十万倍,而今,这个数字竟已经变成了一亿倍。如果这是真的,这将是一个令人震撼的事实。

  但是,D-WAVE公司的“量子计算机”实际是一种运用“量子退火技术”的计算机,它并非人们真正谈论的量子计算机,只是在解决一些特殊问题的时候具有较高的效率。正是因为其原理上的缺陷,学术界和行业界对D-Wave的批评从未中断。

  2014年1月13日,以美国加州大学的Martinis和Lidar教授为首的研究组,包括Google公司的研究人员,其中Lidar教授正是上述实验室的主任,正式宣布:在503个量子比特的D-Wave Two型的量子计算机上的实验数据表明,没有任何量子加速的证据。

  MIT计算机科学家和量子计算专家Scott Aaronson认为D-Wave是炒作高手,而且认为D-Wave即使推出所谓1000位的量子计算机也不会有什么改变,因为这在原理上也不会再有量子加速的优势。

  D-Wave计算机的核心部分,“量子”芯片,必须在高度隔绝外部温度的环境中运转

  而另一方面,关于俄罗斯媒体所谓中国制造出量子计算机的新闻,这则俄罗斯卫星网中文版发布的新闻是这样说的:

  据俄罗斯卫星网12月11日报道,以杜教授为首的中国科技大学研究人员小组建立了一个新的系统,这个系统可以使用相应的方式退出体系结构。

  比起普通二进制计算机,这一系统使得能够进行更为大量的计算。通常,这种系统都需要带有气候检测的特别装备实验室,而这一新模型却能够在普通的房屋内也能够安全存放。其量子计算能够在普通室温的条件下工作,这是借助于金刚石中少量的氮来完成的。

  报道称,这一工作的主要目的是使量子计算机能够用于商业用途。他们可以处理庞大容量的信息,并以比传统计算机更快的速度解决一些复杂问题。

  如果中国的研究成功,金刚石或许会取代硅成为计算机科学的象征材料

  就在两三年前,量子计算机被认为是大多数学者遥远的梦想。因大量的技术问题,很多人认为,在计算机能够投入应用之前,建造这一计算机则需要十年。(俄罗斯卫星网原文引用完)

  观察者网根据上述新闻中的部分关键词找到了《中国科学报》2015年12月8日发表的文章:《中国科大固态自旋量子操控研究获进展》:

  中国科学技术大学杜江峰研究组在固态自旋体系中实现了达到容错阈值的普适量子逻辑门,这一结果代表了目前固态自旋体系量子操控精度的世界最高水平,研究成果发表在11月25日的Nature Communications上。

  量子计算作为一种新型的信息处理方式,利用量子叠加性使得大量计算任务能够同时进行,因此能够有效处理经典计算科学中许多难以解决的问题。然而要实用化量子计算就必须克服退相干效应等诸多不利因素。因此科学家们提出了量子纠错方案,但量子纠错方案对量子计算的每一步操作精度有着极其严苛的要求。如何在噪声干扰严重的量子体系上实现高精度量子逻辑门,成为实现量子计算的关键之一。2014年2月《物理评论快报》报道了杜江峰组将动力学解耦技术和逻辑门操作有效结合起来,实现了精度高达0.996的单比特量子逻辑门操作。同年4月《自然》杂志报道了美国加州大学圣塔巴巴拉分校Martinis团队在超导量子比特上实现了0.9992单比特量子逻辑门操作。

  为了进一步提升量子逻辑门精度,就需要更有效地抑制各种噪声效应,从而将量子逻辑门发生错误的概率控制在一个极低的水平。杜江峰研究组提出了一种新型的组合脉冲方法,通过精巧设计该组合脉冲的参数,使得该方法不仅具备动力学解耦技术抑制退相干效应的优势,还能够极大地消除操控场的噪声效应。他们基于金刚石色心体系来考察新型组合脉冲实现单比特量子逻辑门的效果,实验结果表明量子逻辑门精度达到了0.999952。此外,他们进一步发展了量子最优控制方法来实现高精度两比特量子逻辑门(受控非门),实验结果表明两量子比特受控非门的精度达到0.992。

  上述研究得到了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和教育部的支持。

  (中国科学报原新闻引用完)

  换句话来说,这则新闻的实际内容是,中国科学技术大学提出了一种可能具有可行性的量子计算机原理。但距离真正制造出运用这一原理的计算机,恐怕还有很远的距离。俄媒的相关报道可能是对中国新闻报道的误读。不过,据观察者网科技记者咨询相关专家得知,中国近两年内在量子计算机原理领域的进步惊人,或许正在逐步接近制造出量子计算机的最终目标。只不过,与常温核聚变一样,真正实用的量子计算机到目前为止仍是一个未来10-20年内才可能取得真正技术突破的长期研究项目——只不过,用这一概念来炒作吸引眼球,甚至吸引投资,在西方某些商业公司看来已经是一条可行的生财之道。

(来源:幻思文化 作者:非我非非我)






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