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量子计算
量子计算
量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。对照于传统的通用计算机,其理论模型是通用图灵机;通用的量子计算机,其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。从可计算的问题来看,量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题,但是从计算的效率上,由于量子力学叠加性的存在,某些已知的量子算法在处理问题时速度要快于传统的通用计算机。
  • 济南市立项量子计算领域首个国家标准
    齐鲁晚报?齐鲁壹点记者 李培乐 通讯员 张树斌 在济南市市场监管局积极推动下,2019年国家标准化委员会批复全国量子计算与测量标准化技术委员会(SAC/TC 578)落户济南。2021年申报立项的《量子计算术语和定义》更成为量子计算领域首个国家标准 。 济南是全国最早布局量子科技及量子产业的地区之一,并将量子科技发展列入全市“十大千亿产业振兴计划”。2021年济南成功申报立项《量子测量术语》《原子重力仪性能项国家标准、要求和测试方法》《量子精密测量中里德堡原子制备方法》《量子计算术语和定义》等6项量子技术国家标准,其中5项同时立项标准外文版;《量子计算术语和定义》是量子计算领域首个国家标准,为量子计算领域急需的核心术语、高频术语建立了概念体系,填补了领域内的标准空白。 据介绍,近年来济南市市场监管局积极指导量子计算与测量标委会持续优化标准体系,深化标准预研,推进国家标准研制,为量子领域技术研发和产业化做好标准支撑。在前期参与制定2项国家标准、3项行业标准的基础上,2021年成功申报立项6项量子技术国家标准。一系列标准的研制,夯实了济南市量子领域基础优势和先发优势,辐射带动了量子通信网络“京沪干线”、“齐鲁干线”、党政专网、微纳量子卫星等一系列量子信息技术成果转化、产业发展。 下一步,济南市市场监管局将继续加强服务,发挥标准化引领带动作用,推动全市加快整合量子信息技术和产业创新发展优势,积极打造国内领先的“量子+”标准应用示范基地,促进量子产业创新发展、领先发展,推动济南市在量子产业领域走在前。 原文章作者:齐鲁壹点,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于昨天 04:53
    最后回复 票麒褊 昨天 04:53
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  • 回顾谷歌量子计算的2021:完全纠错颇有成果
    谷歌量子人工智能团队在2021年取得了丰硕的成果。尽管全球性挑战持续存在,但谷歌在构建完全纠错的量子计算机方面依旧取得了重大进展,并朝着下一个硬件里程碑——构建纠错量子比特原型机努力。 与此同时,谷歌将继续致力于实现量子计算机在各种应用中的潜力。这就是为什么谷歌在顶级期刊上发表研究成果,与学术界和工业界的研究人员合作,并扩大我们的团队以引进新的人才和专业知识。 https://p6.toutiaoimg.com/large/tos-cn-i-qvj2lq49k0/97c90c83511e468aa351c476b46ad6de 硬件更新 量子人工智能团队决心在未来十年内构建一台纠错量子计算机,并同时利用其在此过程中学到的知识来提供有用的,甚至是变革性量子计算应用程序。这一长期承诺可概括为量子硬件的三个关键问题: 1.能否证明量子计算机在特定任务中的性能可以超越当今的经典超级计算机?谷歌在2019年展示了“量子优越性”。 2.可以建立一个纠错量子比特的原型吗?为充分发挥量子计算机的潜力,需要实现量子纠错,以克服计算过程中存在的噪声。作为朝这个方向迈出的关键一步,谷歌的目标是通过在多个物理量子位上冗余地编码量子信息来实现量子纠错的原语,证明这种冗余会导致使用单个物理量子位的改进。这是谷歌目前的目标。 3.可以构建一个在任意长时间内都没有错误的逻辑量子位吗?逻辑量子位在多个物理量子位之间对信息进行冗余编码,并且能够减少噪声对整体量子计算的影响。将几千个逻辑量子位放在一起将能够实现量子计算机在各种应用中的潜力。 https://p6.toutiaoimg.com/large/tos-cn-i-qvj2lq49k0/4c71e542e882443287c9b35ae891aba9 谷歌构建纠错量子计算机之旅的交互式地图 构建纠错量子比特原型的进展 今天嘈杂的量子计算机与未来完全纠错的量子计算机之间的距离是巨大的。2021 年,谷歌在缩小这一差距方面取得了重要进展,他们构建了一个原型逻辑量子位,其误差小于其芯片上的物理量子位的误差。 这项工作需要对整个量子计算堆栈进行改进。谷歌制造了具有更好量子位的芯片,改进了用来封装这些芯片的方法,以更好地将芯片与控制电子设备连接起来,并开发了同时校准具有几十个量子位的大型芯片的技术。 这些改进最终产生了两个关键结果。首先,谷歌现在能够以高保真度重置他们的量子位,并能够在量子计算中重用量子位。其次,谷歌实现了中间电路测量,使其能够跟踪量子电路内的计算。在谷歌最近使用重复码对位和相位翻转错误进行指数抑制的演示中,高保真重置和中间电路测量被同时使用,随着重复码中量子位数量从5增长到21,对逻辑错误的抑制实现了最多100倍的指数级增长。 重复码是一种纠错工具,使谷歌能够在资源(更多量子比特)和性能(更低错误)之间进行权衡,这将是指导未来硬件研发的核心。2021年,谷歌展示了随着一维代码包含的量子位数量,错误将如何减少。 谷歌目前正在进行实验,以将这些结果扩展到二维表面码,从而更全面地纠正错误。 https://p5.toutiaoimg.com/large/tos-cn-i-qvj2lq49k0/cb94d876b8214e6ebc3ce1af9a5c635f 量子计算的应用 除了构建量子硬件,谷歌团队还在现实世界应用中寻找量子优势的明显边际。谷歌正在学术界和工业界的合作者一起探索量子计算机可以提供显著加速的领域,并有现实的期望,即纠错量子计算机可能需要比二次加速更好的加速才能实现有意义的改进。 2021年谷歌与学术和行业合作伙伴的合作是非常宝贵的。 ·2021年12月,谷歌与加州理工学院的一项值得注意的合作表明,在某些条件下,量子机器可以通过比传统要求少得多的实验来了解物理系统。这种新颖的方法通过使用40个量子位和1300个量子操作进行实验验证,即使使用今天的嘈杂型量子处理器,也具有巨大的量子优势。这为量子机器学习和量子传感方面的更多创新铺平了道路,并具有潜在的近期用例。 ·2021年6月,谷歌与哥伦比亚大学的研究人员合作,将最强大的化学模拟技术之一——量子蒙特卡罗与量子计算相结合。当在真正的量子计算机上运行这项技术的组件时,能够在不牺牲测量精度的情况下将先前计算的规模扩大一倍,即使在具有16个量子位的设备上存在噪声的情况下也是如此。并且,即使在当今的量子计算机上,这种方法对噪声的恢复能力也表明其具有可扩展性的潜力。 https://p6.toutiaoimg.com/large/tos-cn-i-qvj2lq49k0/90e5b626cd07493182d5c5a0e23b3621 谷歌还研究如何使用量子计算机来模拟量子物理现象——最近,研究人员利用谷歌量子处理器成功制造了时间晶体。这对理论家来说是一个伟大的时刻,他们思考时间晶体的可能性已经近一个世纪。在其他工作中,谷歌与NASA艾姆斯研究中心的合作者共同完成了在台量子计算机上通过实验测量无序相关性,探索量子混沌动力学的出现;并通过与慕尼黑技术大学的合作者使用浅量子电路创建其本征态,实验测量了Toric码哈密顿量基态的纠缠熵。 谷歌感谢合作者为其在2021年的一些最有影响力的研究中做出的贡献,甚至启发了他们。谷歌量子人工智能团队继续专注于机器学习、化学和多体量子物理学,并将在2022年及以后继续与来自世界各地的科学家和研究人员合作,以发现和实现有意义的量子应用。 持续投资量子计算生态系统 2021年,在谷歌年度开发者大会“Google I/O”上,谷歌重申了其在十年内制造出有用的量子计算机所需的路线图和投资的承诺。谷歌承诺,在忙致力于圣巴巴拉发展的同时,还继续通过其开源软件支持量子社区研究人员的发展。谷歌的量子编程框架Cirq在社区的贡献下不断改进。 2021年谷歌还与生态系统中的合作伙伴合作发布了专业工具。其中几项如下: ·与QSimulate合作发布用于量子化学应用的新型费米子量子模拟器,利用量子化学问题中的对称性来提供有效的模拟。 ·量子计算机模拟器工具包qsim的重大升级,允许通过谷歌云在GPU等高性能处理器上模拟嘈杂的量子电路,同时,qsim 与英伟达的cuQuantum SDK 集成,使qsim 用户能够在开发量子算法和应用程序时充分利用英伟达的 GPU。 ·谷歌还发布了一个名为stim的开源工具,它在模拟纠错电路时提供了1万倍的加速。 展望2022年 通过团队合作、协作和一些创新科学,谷歌在对2021年取得的进展感到兴奋的同时,对2022年寄予厚望。2022年,谷歌将继续专注于推进其硬件里程碑、新量子算法的发现以及实现当今量子处理器上的量子应用。并且,为完成这一艰巨任务,谷歌正扩大其团队,建立其现有的合作者网络,并扩大圣巴巴拉校区。 C114通信网 余予 原文章作者:C114通信网,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于前天 00:46
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  • neural2021年最佳量子计算和物理故事
    2021 年会因很多事情而被人们铭记,但当一切都结束后,我们认为它最终会被称为量子计算最终成为焦点的一年。 这并不是说有用的量子计算机实际上已经到来。它们依旧在几年到几个世纪之后的某个地方。很抱歉这么含糊,但是当您处理量子物理学时,还没有很多保证。 我们谈论的是处于理性边缘的物理学。例如,想象一个量子驱动的人工智能能够对抗天启四骑士。 这听起来可能很古怪,但这个故事解释了为什么它不像你想象的那么真实。 但让我们更进一步。让我们超越理性的边缘,进入思辨科学的领域。今年早些时候,我们想知道如果物理学家真的能证明我们知道它不是真实的现实,会发生什么。 根据那篇文章: 从理论上讲,如果我们能放大过去的 μ 子和轻子并继续深入下去,我们可以达到一个点,即宇宙中的所有物体都无法区分,因为在量子层面上,存在的一切只是一片海洋。几乎相同的亚微粒实体。 这个版本的现实会使“空间”和“时间”的概念变得毫无意义。时间只会作为一种构造存在,通过它我们可以赋予我们自己的观察以意义。而这些观察仅仅是存在于量子宇宙中的经典副作用。 因此,从宏观的角度来看,我们的现实可能只不过是一种短暂的、无目的的分子排列。包含我们整个宇宙的一切可能只不过是由量子振动引起的短暂幻觉。 没有什么比尝试将自己想象成无限粘稠亚分子汤中的几个调味颗粒更让您感到特别的了。 如果您不喜欢存在性量子身份危机,我们还介绍了许多很酷的东西,这些东西不需要您停止将自己视为一堆单独的材料。 有没有人记得中国说它建造了一台比谷歌强大一百万倍的量子计算机?我们不相信。但这就是研究人员提出的主张。您可以在此处阅读更多相关信息。 哦,还有中国研究人员引用的谷歌量子系统?是的,事实证明这并不是对经典超级计算机的大规模升级,它也被认为是。 但是,当然,我们原谅 Google 的营销失策。那是因为,毫无疑问,今年量子计算机最大的故事是时间水晶的突破。 正如我们当时所写: 如果谷歌真的创造了时间晶体,它可以将量子计算突破的时间表从“可能永远不会”加速到“可能在几十年内”。 在牵强的、超级乐观的事情结束时——我们可以看到在我们的有生之年创建一个工作的曲速引擎。想象一下,去火星或太阳系边缘旅行,然后及时回到地球上的家以收看晚间新闻。 而且,即使在保守的一端有着更现实的期望,也不难想象基于量子计算的化学和药物发现会导致普遍有效的癌症治疗。 谈论“尤里卡时刻!” 但在量子物理学的世界里,还有比推进计算机技术更重要的事情。 萨塞克斯大学的科学家们确定,黑洞发出一种特殊的“量子压力”,可以为“多重宇宙”理论提供一些可信度。 基本上,我们无法解释压力来自哪里。这可能是从“白洞”中吞噬能量和物质的反击吗?没人知道!你可以在这里阅读更多。 在解释物理研究时,在 2021 年的过程中依旧存在更大的哲学问题。 我们是否无法为上帝找到证据,因为我们实际上是拥有我们权利的上帝?这听起来可能像哲学,但在该断言背后有一些非常激进的物理学解释。 而且,如果我们是神,我们能停止时间吗?事实证明,无论我们只是柔软的凡人肉袋还是真正的神灵,我们实际上都可以! 好吧。如果这些故事都没有给您留下深刻印象,我们会将这个故事留到最后。如果成为神,发明时间水晶,甚至停止时间都不能使您的船漂浮,那么永生怎么样?不仅是普通无聊的永生,还有 量子永生。 这可能不太可能,在某物上加上“量子”这个词并不一定会让它更酷,但在无限的宇宙中,一切皆有可能。此外,涉及大规模纠缠的基础理论令人难以置信——在此处阅读更多内容。 在物理学研究领域,很少有令人难以置信的事情发生。但这与我们生活的这个神话般的宇宙中尚未发现的魔法相比,这算不了什么。 对您来说幸运的是,Neural 将在 2022 年回来帮助您理解这一切。与我们一起为非小说领域这一边的量子世界提供最引人注目、最狂野和最深入的报道。 主角平台~促进企业创新的高效平台 原文章作者:一点资讯,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-30
    最后回复 畴酉 2021-12-30 04:34
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  • 【智库声音】量子定位技术能否取代GPS?
    来源: 全球技术地图作者:唐乾琛 近年来,量子信息技术发展突飞猛进,在先进计算、探测传感等众多领域展现了极大的应用潜力。其中,量子定位技术(Quantum Positioning)在理论上具备高精度、保密性和抗干扰的优势,且量子纠缠不受限于空间跨度和环境的约束。因此,量子定位技术有望颠覆传统的定位和导航技术。2020年4月,在美国AFCEA组织与与乔治梅森大学联合举办的线上活动中,美国国防部国防研究与工程部主任马克·刘易斯表示,量子科学中最有希望的应用是“实现定位、导航和计时,成为替代GPS系统的选项”。 GPS(Global Positioning System,全球定位系统)是美国国防部研制的一种全天候的,空间基准的导航系统,可为全球及近地空间用户免费提供连续且精确的定位、运动数据及授时,历经多年发展已相对成熟稳定。目前,太空中共有24颗GPS卫星,为全球45亿用户提供定位和授时服务。但是,近年来GPS攻击事件的频发、GPS授时存在安全隐患,以及定位服务局限于电磁信号的接收条件。随着电磁频谱资源的日趋紧张,美国等国家的国防部门已开始寻求GPS系统的替代方案。 在此背景下,量子定位技术应运而生。量子纠缠天生存在高精度、保密和抗干扰的优势,且不会受到空间跨度的限制。因此,量子定位技术成为最有希望替代卫星定位的方案,极有可能在未来提供高精度、抗干扰的定位服务。然而,量子信息技术发展仍处于探索阶段,受限于量子定位技术架构不完整、量子纠缠距离限制以及量子态不稳定且保存时间较短等因素,量子定位技术仍需经历较长的发展历程。 一、卫星定位技术存在短板,需寻求可靠替代 (一)卫星定位技术容易受到欺骗和干扰 近年来,以GPS、北斗、格洛纳斯及伽利略为代表的卫星导航系统不断发展,但其安全问题亦与日俱增。以美国GPS为参考,当前GPS最常遇到的攻击为拒绝服务攻击(包括GPS欺骗)和信号干扰。GPS欺骗者会假冒GPS卫星的信号发送虚假数据,从而使终端设备无法获得准确的位置或根本无法获得任何位置信息。2011年12月,伊朗通过GPS欺骗的方法,将一架在伊朗领空内飞行的美国RQ-170无人机诱骗降落至伊朗东北部城市卡什马尔。 伊朗截获的RQ-170飞机 过去,GPS欺骗攻击往往与国家黑客或电子战部队联系在一起。而目前,GPS欺骗、干扰或服务中断事件已经蔓延至船运、航空等民用领域。根据美国海岸警卫队全球GPS事件状态报告,2019年全球包括埃及塞得港、苏伊士港、利比亚港等多个港口都发生过类似的GPS攻击事件,严重威胁人员生命财产和交通运输安全。 (二)卫星定位技术存在可靠性与精度问题 目前,尚无任何技术可以宣称绝对的安全可靠。除去系统架构中可能存在的潜在漏洞和不稳定性,终端厂商的制造水平参差不齐同样会对导航定位系统的稳定性与可靠性构成潜在威胁。2020年3月,美国空军作战司令部司令詹姆斯·霍姆斯透露,美军U-2侦察机已将中国的北斗卫星导航系统作为备用系统,以供飞机在GPS失效时获得导航信息。 在定位精度方面,卫星定位技术基于经典物理学的实现方式受到信号功率、带宽和传播时延的限制,测量精度很难进一步提高。此外,电磁信号易受到大气电离层和对流层的干扰;在城市、山区等复杂环境下,由于建筑物、树木、地形的遮蔽作用,信号存在非直线传播,导致不同环境下的导航效果存在较大差异。 (三)卫星定位技术受限于信号的传播条件 在水下、隧道、掩体、室内等环境中,卫星定位信号无法穿透水、建筑物和其他实体,从而无法进行卫星导航。在这些场景下,通常使用惯性导航、基站定位等方式进行粗略定位,误差较大。以惯性导航为例,据英国国防科学技术实验室(Dstl)称,如果一艘潜艇在水下作业时仅依赖加速度变化进行运动测算,那么24小时内的定位漂移误差将达到1公里。 为解决卫星定位技术所面临的安全、准确度和使用条件限制问题,量子定位技术应运而生。 二、量子定位技术简介与研究现状 量子定位的概念最早由美国麻省理工学院研究人员于2001年提出,通过计算证明量子纠缠和量子压缩态可进一步提高定位精度。随着近年来量子技术的不断发展,各类研究成果逐渐浮现。 根据公开资料整理,量子定位技术的实现路径主要有四种:一是将量子信息与卫星定位技术进行结合;二是脉冲式量子定位;三是利用地磁场的亚原子效应进行定位,即“量子罗盘”;四是量子惯性导航。 将量子信息技术与卫星定位技术进行结合的方式仍需利用卫星定位信号,并借助量子纠缠特性提高信号精度和传播效率。2020年4月,美国亚利桑那大学与几位中国学者合作,展示了射频光子传感和量子计量这两种技术的组合如何为GPS定位提供前所未有的精度水平。研究人员使用光电转换器将电信号转换为光子信号,然后使用量子纠缠特性将光子信号同步,大幅提高传感器的灵敏度。 脉冲式量子定位由美国麻省理工学院(MIT)电子学研究实验室的Giovannetti博士、Maccone博士和Lloyd教授于2001年提出。在脉冲信号中,光量子可以被压缩,且这些处于纠缠态的光子的频率二阶关联,赋予了信号超乎想象的强相关性和高密集程度,使得脉冲能定速、成束地到达检测点,这为测时和测距提供了新方法,且对于测量精度的提高具有重要意义。 脉冲式量子定位原理 “量子罗盘”概念由英国国防科学与技术实验室(Dstl)和英国物理实验室(NPL)于2014年提出。该种量子定位方案中,研究人员使用激光将原子(或离子)俘获并激发至量子态。这些原子(或离子)对电磁扰动极其敏感。通过测量设备与地球间相对运动产生的电磁扰动对这些原子(或离子)的影响,能以极高精度跟踪设备的运动状态。 量子惯性导航则是利用了敏感的量子态原子对外界的扰动进行测量,推算出物体运动。研究人员发现,激光可以捕获放置在真空中的原子,并将原子冷却到接近绝对零度。原子一旦冷却,就会达到容易被外力干扰的量子态。随后,可以使用另一束激光追踪量子态受到的扰动,从而计算外力的大小,推算出物体运动的细微变化。英国在2016年借助此项技术测试了潜艇在无卫星定位信号下的惯性导航,24小时内的定位漂移误差仅为1米,而使用传统加速度计的漂移误差达到1公里。 三、量子定位技术的前景展望 随着量子信息技术不断发展,高性能、大规模的量子设备日趋成熟,如远距离量子保密通信、多比特量子计算机、量子存储器、高性能纠缠源。量子定位技术将在未来凭借其高精度、抗干扰、保密性强和对场景的强适应性等特点在众多定位技术中脱颖而出,极大弥补现有定位技术在精度、安全性等方面存在的短板,在民用和军用领域展现出极大的应用潜力。 目前,仍需要进行以下准备工作:1.构建完整的体系框架。目前,量子定位和导航技术还在停留于实验室阶段,不具备完整的系统框架。理论上,完整的系统框架应包括量子纠缠准备方案、卫星基线对的设置、角反射器、HOM(HONG-OU-MANDEL)干涉仪、构象计数器、抗噪声仪措施、多用户协议等;2.维护量子信号的纠缠状态。量子定位技术可能需要长距离传输量子信号,而以目前的技术进展,量子纠缠距离、连贯性和稳定性都存在一定的局限性。3.量子定位技术与经典定位技术的融合。卫星定位、惯性导航等技术经历较长发展过程已较为成熟,而量子定位系统的发展需要一定的时间。 现阶段,没有任何技术能够提供类似于GPS等卫星定位系统的精度和全天候、全地域工作能力,并在使用成本上与GPS相提并论。未来,量子定位技术与经典定位技术将在很长一段时间内并存。 参考文献 [1]宋培帅,马静,马哲,张淑媛,司朝伟,韩国威,宁瑾,杨富华,王晓东.量子定位导航技术研究与发展现状.激光与光电子学进展,2018,55(09):29-43. [2]黄红梅,许录平.量子定位技术综述.激光杂志,2015,36(11):1-6. [3]葛悦涛,蒋琪,文苏丽,朱爱平.量子定位系统技术发展及其对导弹武器发展的影响.导航定位与授时,2014,1(02):7-10. [4]许方星.简析量子定位技术及应用前景.科技资讯,2014,12(22):7+9. [5] Shiqi Duan,Shuang Cong&Yuanyuan Song.A survey on quantum positioning system.International Journal of Modelling and Simulation,2020. [6]Paul Marks.Quantum positioning system steps in when GPS fails.New Scientist,2014. 注:原文来源网络,文中观点不代表本公众号立场,相关建议仅供参考。 人工智能 陆军 海军 空军 航天 网络空间 电子信息 核武器 制造 基础科学 技术 原文章作者:国防科技要闻,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-30
    最后回复 崎溜 2021-12-30 00:54
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  • “本源”有“量”
    从翱翔的飞机上扔下钢镚,它落地时是正面还是反面? 科学家告诉我们,现在预测不出来,是因为算力不够。如果算力充分,比如通过量子计算,就可以“瞬时”通过所有相关参数的大数据分析,准确预知钢镚落地时的正反面。 量子计算被誉为信息时代的“核武器”,“威力”巨大。我们今天要讲的就是关于这个“黑科技”的故事。 01.啥是量子计算? 本源量子创始人兼首席科学家 郭国平 量子计算作为一种颠覆性技术,关系到未来发展的基础计算能力。 “量子计算是提高算力的重要方向和工具,能解决传统计算机无法解决或难以实现的复杂难题。”本源量子创始人兼首席科学家郭国平说。 据了解,利用万亿次经典计算机分解300位的大数需要15万年,而利用万亿次量子计算机只需1秒。 去年10月,谷歌开发出了一个全新的53量子比特处理器,只用了约200秒就解决了经典计算机大约需要1万年才能完成的任务。尽管业内对此质疑不断,但多数都认可,量子计算属于未来的“黑科技”,将给人类带来计算能力的再次飞跃。 量子计算到底跟经典计算有什么不同?它强大的计算能力从何而来? 科学家告诉我们,与经典计算进行单线程任务相比,量子计算可以并行处理任务,就像孙悟空可以变出许多个自己打妖怪一样,量子计算就拥有这种同时进行搜索、计算的“神奇”能力。 “在蒸汽机、工业时代,马力决定国力;在信息时代,算力决定国力。”郭国平说。 这正是量子计算成为目前全球大国“必争之地”的原因所在。 02.中国的量子计算目前处于什么水平? 本源超导量子计算机原型机——悟源(外观) 本源超导量子计算机原型机——悟源(内部) 2020年9月12日,总部位于合肥高新区的合肥本源量子公司,发布了自主研发的超导量子计算云平台——“悟源”。 这是中国首个接入实体量子计算机的量子计算云平台,面向全球用户免费提供真实的量子计算服务。其搭载的6比特超导量子芯片,保真度、相干时间等技术指标均达到国际先进水平。 要知道,现在全球玩量子计算的多是万亿级别的巨无霸企业,如IBM、谷歌、因特尔。 作为成立仅三年的创新公司,本源量子凭啥在全球量子计算的赛道上与国际巨头同场竞技? “‘悟源’不是从石头缝里蹦出来的,是我们团队15年研究成果的结晶。”郭国平说。 1998年,郭国平师从郭光灿院士接触到量子信息技术;2004年,正式瞄准量子计算领域研究攻关;2017年9月成立本源量子公司,团队研究成果已经取得了数个中国乃至全球数个“第一”。 “作为中国首家量子计算公司,我们的理想是造出我们中国自己的量子计算机,‘悟源’的诞生是中国量子计算机迈出‘从无到有’的第一步。”郭国平说。 “本源量子要的不是印在论文上的量子计算机,那是不可用的。虽然悟源现在的量子计算处理水平还不够高,但它是实实在在的。就像小孩学走路,开始走路总是晃晃悠悠,以后一定能健步如飞。”本源量子联合创始人兼科学顾问郭光灿院士说。 03.“高大上”的量子计算跟咱老百姓有关系吗? 新药研发是人类社会关注的焦点,也是现代先进计算平台最重要的应用领域。 由合肥高新区企业瀚海博兴联合本源量子,基于全球首款量子计算机应用软件——本源量子化学应用系统ChemiQ,成功开发出系列特异性识别病毒的胶体金试剂盒——新冠病毒(COVID-19)抗原免疫直检试剂盒、抗原抗体混检试剂盒等产品。 试剂研发过程中,仅用了12天,就用新技术绘制出了新型冠状病毒的外部“突刺”蛋白抗体亲和力上百倍。而此前,类似改进可能需要数年时间。 科学家说,量子计算可极大地扩展人们对分子结构和特性进行模拟的能力,有望为新一代药物和疫苗研发、新材料的设计、智能制造等模拟设计提供更加强大的工具,让我们的生活更美好。 “未来,量子计算可以让我们每个人在衣、食、住、行、医等方面,更好地实现和享受‘个性化定制’。”郭国平说。比如在就医方面,在运用量子计算的情况下,可以更好地取得、分析、应用各类参数,制定适合病人基因和身体状况的靶点性药物、定制化治疗方案。 “我们的研发目前取得的成绩,只是‘万里长征’走出的一小步。”郭国平说。“但是,正如蒸汽机第一次装在马车、帆船上,莱特兄弟进行的‘12秒’飞机首飞一样,在量子计算领域,总要有人做这个事情。坚持下去,才有可能带来改变。” “本源量子的‘愿景’,就是让中国能够在全球量子计算领域占有一席之地,跟上国际上领先的前沿科技步伐;让量子计算走出实验室,真正为人类服务。”郭光灿院士说。 (编辑:张梦) 原文章作者:科创安徽工作室,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-29
    最后回复 溧罚 2021-12-29 19:36
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  • 中国量子计算机技术在世界上处于什么地位,到底是不是 ...
    今年5.1刚过,中国科学界放出一个重磅消息:中国科研团队宣布成功构建光量子计算机,首次演示了超越早期经典计算机的量子计算能力,其计算速度是国际同行24000倍,经典算法也比世界第一台电子管计算机快10-100倍。 潘建伟教授在5月3日的发布会上 这消息一出,无疑是个氢弹,各大媒体都被炸烂了。 然而,随着时间的过去,我们能从媒体得到消息少之又少。 百度一下“量子芯片”,更能得到令人“目瞪狗呆”的信息。 百度“量子芯片” 才看到消息说英特尔刚超越IBM,研制出了17个量子位的量子芯片,可和我们比起来,那真是差远了,我们随便个公司都能量产,都能给别人OEM代工了。 这么山寨的图片,不用看就知道是骗人的。看人家英特尔发布的产品,是不是比上面的八卦图芯片专业很多? 英特尔17量子位芯片 潘建伟教授等人发布的信息到底是真是假?我国量子计算机在世界到底处于何种地位呢? 其实,5月3日中国发布的量子计算机成果,属于目前世界上两种量子计算机范畴——光量子计算机和超导量子计算机,中光量子的那种。 我国也是世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机原型机 中国年轻的科学家们在检查光量子计算机运行情况 5月发布的是一台只有5个光量子比特位的原型机,这台原型机的计算能力已经非常强大了。 潘建伟说:“我们计划在今年(2017年)年底实现大约20个光量子比特的操纵”。而同期世界最快的超级计算机能处理约45个粒子,也即45个光量子比特,我们与世界先进水平差距颇大的。 在超导量子计算机方面,中科大和浙江大学的联合团队自主研发了10比特超导量子线路样品,也即是说可以操纵10个量子位。 在相同领域,谷歌2015年可以操纵9个量子位。去年5月,IBM发布的是一款拥有5位量子位的量子芯片。 朱晓波教授(左)手持10比特超导量子处理器,与王浩华教授(右)在实验室合影。 IBM的量子计算机 最近英特尔发布消息称,成功开发出17位量子位计算测试芯片。 英特尔17位量子位计算测试芯片 从公开的消息来看,我国在量子计算机方面的研究处于世界偏上梯队,在光量子计算机方面即使年底达到20个量子位的目标,与顶尖技术45个量子位也是有相当大差距的。在超导量子计算机方面,10个量子位,还不算掉队。 原文章作者:我家有个熊孩子,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-29
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  • 我国量子计算新成果!全新半导体量子芯片架构有望实现多 ...
    近日,本源量子与中科大郭光灿团队合作,在利用微波谐振腔耦合与扩展半导体量子比特研究中取得新进展,实现两个半导体量子比特与微波谐振腔强耦合,并初步探索了利用片上微波光子耦合多量子比特的半导体量子芯片架构。该研究成果近期在线发表在国产综合性旗舰期刊Science Bulletin上。 Science Bulletin刊文截图 半导体量子芯片 传统的半导体量子点系统一直是量子计算研究者努力探索的目标,半导体量子点技术由于具有良好的可扩展性、与现代半导体工艺技术兼容的优点,被认为是最有可能实现量子计算的重要候选者之一。 随着半导体量子计算的不断发展,近年来半导体量子比特的性能大幅提升,单比特和两比特逻辑门操控保真度达到容错量子计算阈值(错误率明显低于阈值——0.1% 左右),如何实现多量子比特的扩展与集成已成为该领域的一个重要研究方向。 利用微波谐振腔中的光子作为媒介实现比特间相互作用被认为是最具潜力的扩展方式之一。 研究团队通过制备千欧量级的高阻抗SQUID(超导量子干涉器)阵列谐振腔,大幅提高了半导体量子比特与谐振腔的耦合强度,实现了两个非近邻量子比特间的强耦合。并在此基础上,进一步发展了新型谱学表征方法。通过改变两个量子比特的最小工作频率,研究人员观察到比特间耦合图谱呈现出截然不同的几何图案,通过数值分析证明该演化图谱可以快速、直观地判断系统耦合区间,并可推广到多比特结构及其他腔量子电动力学体系。 实验原理与结果。图片来源:arxiv 该方法从一个新的角度对微波腔-量子点杂化系统进行了表征,有效提高了体系表征和参数调制的效率,也为探索以光子为耦合媒介的多比特系统相互作用提供了新的手段。该研究成果,实现了半导体量子比特耦合与扩展,并初步探索利用片上微波光子耦合多量子比特的全新半导体量子芯片架构,为未来研制集成化半导体量子芯片迈出坚实一步。 量子计算技术有望提高当前的计算速度和信息处理能力,而规模化通用量子计算机的诞生将极大地满足现代信息的需求,在海量信息处理、重大科学问题研究等方面产生巨大影响,甚至对国家的国际地位、经济发展、科技进步、国防军事和信息安全等领域发挥关键性作用。 超导量子计算机——悟源 据悉,该团队为中国第一家量子计算企业,依托中科大中科院量子信息重点实验室研究团队,在量子计算领域有着深厚的技术积累与硬核的研发实力,同时开展超导和半导体两条技术路线研究。今年9月,本源量子面向全球用户推出基于国产工程化超导量子计算机——悟源的量子云服务,并预计在明年底推出60比特的悟源超导量子计算机。 原文章作者:砍柴网,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-29
    最后回复 懵碎 2021-12-29 11:36
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  • 比谷歌“悬铃木”快一百亿倍!中国量子计算原型机“九章 ...
    本文为中国激光第2027篇。 中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,构建了76个光子的量子计算原型机“九章”,实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解。 这一成果使得我国成功达到了量子计算研究的第一个里程碑:量子计算优越性(国外也称之为“量子霸权”)。相关论文于 12月4日在线发表于《Science》。 奥地利科学院院长、沃尔夫奖得主、美国科学院院士Anton Zeilinger评价道:“这项工作确实非常重要,潘建伟和他的同事证明,基于光子的量子计算机也可能实现‘量子计算优越性’。”他表示,全世界正在研发量子计算,致力于展示超越常规计算机的能力。实际上,这种高斯玻色子采样已经有一些用处。他非常乐观地预测:“有很多聪明人在做这些事情,包括我的中国同事。因此,我非常确定会看到相当快的发展,有朝一日量子计算机会被广泛使用,甚至每个人都可以使用。” 量子计算原型机“九章”(干涉仪部分) “九章”的优越性体现在哪里? “九章”取自中国古代最早数学专著《九章算术》,是由潘建伟团队自主研制的具有76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机。 “九章”同时具备高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源,并满足相位稳定、全连通随机矩阵、波包重合度优于99.5%、通过率优于98%的100模式干涉线路,相对光程10 -9 以内的锁相精度,高效率100通道超导纳米线单光子探测器。 根据目前最优的经典算法,“九章”处理高斯玻色取样的速度比目前世界排名第一的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。通俗地讲,“九章”一分钟完成的任务,超级计算机需要一亿年。等效地,其速度比谷歌去年发布的53比特量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍。同时,通过高斯玻色取样证明的量子计算优越性不依赖于样本数量,克服了谷歌53比特随机线路取样实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞。 “九章”输出量子态空间规模达到了10 30 ,“悬铃木”输出量子态空间规模是10 16 ,目前全世界的存储容量是10 22 。 该成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位,为未来实现可解决具有重大实用价值问题的规模化量子模拟机奠定了技术基础。 此外,基于“九章”量子计算原型机的高斯玻色取样算法在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用,将是后续发展的重要方向。 如何理解“量子计算优越性”? 量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力,可望通过特定算法在一些具有重大社会和经济价值领域(如密码破译、大数据优化、材料设计、药物分析等)相比经典计算机实现指数级别的加速。 当前,研制量子计算机已成为世界科技前沿的最大挑战之一,成为欧美各发达国家角逐的焦点。对于量子计算机的研究,本领域的国际同行公认有三个指标性的发展阶段: 一、发展具备50-100个量子比特的高精度专用量子计算机,对于一些超级计算机无法解决的高复杂度特定问题实现高效求解,实现计算科学中“量子计算优越性”的里程碑。 二、通过对规模化多体量子体系的精确制备、操控与探测,研制可相干操纵数百个量子比特的量子模拟机,用于解决若干超级计算机无法胜任的具有重大实用价值的问题(如量子化学、新材料设计、优化算法等)。 三、通过积累在专用量子计算与模拟机的研制过程中发展起来的各种技术,提高量子比特的操纵精度使之达到能超越量子计算苛刻的容错阈值(>99.9%),大幅度提高可集成的量子比特数目(百万量级),实现容错量子逻辑门,研制可编程的通用量子计算原型机。 潘建伟团队在光量子信息处理方面一直处于国际领先水平。2017年,该团队构建了世界首台超越早期经典计算机(ENIAC)的光量子计算原型机。2019年,团队进一步研制了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的国际最高性能单光子源,实现了20光子输入60模式干涉线路的玻色取样,输出复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特态空间,逼近了“量子计算优越性”。 团队成员希望该工作能够激发更多的经典算法模拟方面的工作,并预计将来会有提升的空间。量子优越性实验并不是一个一蹴而就的工作,而是更快的经典算法和不断提升的量子计算硬件之间的竞争,最终量子并行性会产生经典计算机无法企及的算力。 对这项工作,科学家们如何评价? 国内外多位科学家对这一工作给予了高度评价。《Science》杂志审稿人评价该工作是“一个最先进的实验”,“一个重大成就”。 加拿大卡尔加里大学教授、量子科学和技术研究所所长Barry Sanders提到,去年谷歌取得了一项巨大的成果,即量子计算优越性,但IBM对此提出相反的论点,质疑他们是否真正地达到了量子计算优越性。相比之下,他说:“ 潘建伟团队的工作是量子计算领域最重要的成果之一。这个实验不存在争论,毫无疑问,该实验取得的结果远远超出了传统机器的模拟能力。仅仅在技术层面上,他们所取得的成就也令人印象深刻。这是人们梦寐以求的实验,他们做成了,让梦想走进现实。” 英国剑桥大学教授、英国物理学会托马斯·杨奖章获得者Mete Atature将这项工作称为“ 一个惊艳的时刻”,他解释道:“ 陆教授和潘教授的这一成就将光子和以基于光子的量子技术置于世界舞台中央。通过这项工作,我们进入了量子技术应用的时代,与传统方法相比,我们取得了可触及的优越性。” 上述项目受到了中国科学院、安徽省、科技部、上海市和基金委的支持。 消息来源:中国科学技术大学,中科院量子信息与量子科技创新研究院 论文链接: https://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.abe8770 End 如需转载,请直接留言。 免责声明 本文注明来源为其他媒体或网站的文/图等稿件均为转载,如涉及版权等问题,请作者在20个工作日之内来电或来函联系,我们将协调给予处理(按照法规支付稿费或删除)。 原文章作者:中国激光,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-29
    最后回复 允裘 2021-12-29 07:41
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  • 华为首次曝光量子计算成果:全幅模拟42量子比特电路并提供 ...
    编辑:张乾【新智元导读】华为昨天公布了量子计算领域的最新进展:由HiQ量子计算模拟器与HiQ量子编程框架两个部分组成的云服务平台。其中HiQ量子计算能模拟42量子比特电路,量子纠错模拟数十万量子比特电路,HiQ量子编程框架支持10余算法,还兼容开源框架ProjectQ。 华为对计算的渴望不止两颗AI芯片。 全联接大会最后一天(12日),华为公布了在量子计算领域的最新进展:量子计算模拟器HiQ云服务平台问世,平台包括HiQ量子计算模拟器与基于模拟器开发的HiQ量子编程框架两个部分,这是这家公司在量子计算基础研究层面迈出的第一步。 量子计算模拟器HiQ云服务平台是华为数据中心技术实验室的作品,华为量子计算软件与算法首席科学家翁文康详细介绍了这个平台的参数。 华为量子计算软件与算法首席科学家翁文康 翁文康是量子计算领域知名专家,曾任南方科技大学量子计算研究所副所长,于上月正式加入2012实验室。 加入华为后,翁文康带领团队专注量子计算基础研究,重点在量子算法、量子人工智能、量子模拟等领域进行创新和突破。 HiQ量子计算模拟器服务:模拟42量子比特电路 华为已经注意到量子计算的巨大潜力,并且量子计算的研究进入了工程化阶段。 翁文康在华为全联接大会上发布的量子计算模拟器HiQ云服务平台,可用于量子电路的仿真和调测、量子算法的研究和创新、应用软件的开发和验证等。该平台将来还会综合最新的量子技术,集成和利用相关ICT技术。 平台的主要组成部分HiQ量子计算模拟器和HiQ编程框架主要结构如下。 首先是HiQ量子计算模拟器。 华为HiQ量子计算模拟器是基于华为云强大的计算基础设施,采用分布式架构、算法优化创新,克服了全振幅模拟器对内存容量和网络宽带时延的挑战。 模拟器又包含了三个重要组成部分: 分布式全振幅量子线路模拟器:云上最大可提供42量子比特模拟服务;分布式单振幅量子线路模拟器:云上最大可提供169量子比特模拟服务;首个量子纠错电路模拟器云服务:可模拟数十万级量子比特电路,性能优于同类开源模拟器CHP的5-15倍。 全振幅量子线路模拟器与单振幅量子线路模拟器的主要区别在于,全振幅一次模拟计算就能算出量子态的所有振幅,单振幅一次模拟计算只能计算出2的N次方振幅中的一个,因此前者的实现难度更大,基本上都通过超算实现,下表是内存开销和网络开销随着量子比特数呈指数增长的示意图: 一般而言,全振幅模拟器模拟50个量子比特的话,需要的16PB的内存,这样的开销是普通云服务不能承受的。 于是华为HiQ全振幅量子线路模拟器做了4点创新: 1、高性能分布式内存计算框架; 2、最优化量子门调度和融合算法; 3、优化量子门操作算法; 4、华为云计算软硬件优化。 以上四点实现了云上最大的42量子比特全振幅线路模拟云服务。学术界目前全振幅模拟器最大可模拟到49量子比特,是基于世界最大的超算的模拟结果,但是没有对外提供云服务。 而对于单振幅量子线路模拟器,业界已经有相关的研究成果,包括阿里巴巴量子实验室施尧耘团队在今年上半年研制出的量子电路模拟器“太章”。 “太章”成功模拟了81(9x9)比特40层的作为基准的谷歌随机量子电路,并且还模拟成功了144比特27层(12x12x27)的随机量子电路。 华为的分布式单振幅量子线路模拟器,在云上最大可提供169量子比特模拟服务(20层)。 最后是华为的量子纠错电路模拟器。纠错电路是量子纠错算法对应的电路,对未来的通用容错量子计算机非常关键,其模拟器可以做更多有针对性的优化,可用于纠错码编解码器的设计。华为量子计算模拟器首次集成纠错量子电路模拟,可以实现数十万量级量子比特的纠错电路模拟,性能是同类模拟器的5-15倍。 此外,翁文康还发布了华为昆仑量子计算模拟一体机原型,包括昆仑服务器、HiQ模拟器和编程框架三部分。 不过,一体机原型的能力相对HiQ云服务还是逊色了一些,新智元做了张对比图: HiQ量子编程框架支持10余算法,兼容ProjectQ 华为量子计算模拟器HiQ云服务平台的另一个重要部分是基于模拟器开发的编程框架——HiQ量子编程框架。 该编程框架新增两个图形用户界面量子电路编排GUI(Graphical User Interface)与混合编排BlockUI(Block User Interface),使经典-量子混合编程更加简单和直观。 同时,HiQ量子编程框架还兼容开源框架ProjectQ,允许用户在Python中实现量子程序。 在算法层面,HiQ量子算法库已经有10多种重要基础算法,后期还会进一步丰富。 此外,HiQ云服务平台已经在和全球10多家机构、高校等团体合作,未来将通过量子云服务和开源项目使能量子算法、软件、硬件设计优化、应用研究和开发。 华为量子计算终极目标:做量子计算机 华为做量子计算的消息传闻已久,目前能查到的最早报道出现在2012年,当时有报道称华为成立量子技术基础研究实验室,专门从事量子计算和量子通信技术的基础研究。 2015年初,华为的一则招聘启事被曝光,当年计划在主要高校计算机专业招聘量子专业博士,启动量子技术与未来ICT产业的契合点研究。 “2012”这个数字正好和华为的内部象牙塔2012实验室碰巧重合(2012实验室成立于2011年)。 2012实验室是华为的纯研发部门,主要面向未来的研究创新和对业务线产品的开发投资,分为中央研究院、中央软件院、海思半导体等二级部门,翁文康所在的数据中心技术实验室就隶属于2012实验室的中央研究院。 欧盟委员会发布的“2017全球企业研发投入排行”中,华为去年的研发投入高达104亿欧元,居中国第一、全球第六,超越苹果。而在研发投入中,量子计算基础研究是重要的一项内容。 翁文康在接受专访时表示,华为做量子计算会瞄准通用量子计算机,以此带动量子科技的进步,终极目标是把量子计算机做出来,但是对于通用量子计算机目前还没有时间表,而对在不长时间内研发出专用的量子计算机则很有信心。 爱奇艺 原文章作者:新智元,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-29
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  • 量子计算机制造商 D-Wave 采用其竞争对手的方法
    D-Wave Systems是世界上历史最悠久的量子计算公司,它已经撕毁了其产品路线图,采用了谷歌、霍尼韦尔、IBM 和 IonQ 等新竞争对手采用的方法。 D-Wave 成立于 1999 年,开发了一种称为退火器的专用量子计算设备,适用于优化供应链等特定类型的计算。周二,它宣布计划制造其竞争对手青睐的更通用的量子计算机,以及帮助客户使用的编程基础设施。 退火炉利用量子物理学的特性,即支配原子等超小粒子的规则。相比之下,通用量子计算机可以通过对称为量子位的互连数据处理单元集合进行一系列仔细调整来处理更广泛的任务。 “这是一种在材料科学和药物研究等领域特别有用的应用程序,”D-Wave 在一份声明中说。 量子计算机取得了显着进步,但距离实现其承诺还有数年的时间。许多公司正在该领域投入数十亿美元的研究资金,将其视为一个新的计算前沿,可以彻底改变材料科学和传统计算机无法完成的一些其他任务。 原文章作者:Miao,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-28
    最后回复 柞枫 2021-12-28 19:50
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  • 量子计算大牛施尧耘谈加入阿里云一开始我是拒绝的
    点击进入数据分析学习官网官方表示,之江实验室重点聚焦网络信息、人工智能,以大数据、云计算,谋划建设智能云、工业物联网、大脑观测及脑机融合、量子计算研究等四大科学装置。 题图由阿里云提供 从美国飞往中国的飞机上度过履新的第一天,对阿里云量子技术首席科学家施尧耘教授而言,是人生中绝无仅有的一次体验。这趟奇妙的旅程是连接阿里巴巴NASA计划的一部分。 回想起这段旅程,施尧耘教授在北京时间9月12日凌晨2点多(美东时间9月11日下午2点多)接受采访时说:“一开始我觉得很内疚,第一天就耗在路上。后来我觉得其实挺合适的。因为我未来的团队将是国际团队,美国、中国都有。” 施尧耘入职阿里巴巴是几天前的事情,而正式宣布则是在北京时间9月11日,阿里云宣布世界知名量子计算科学家、密西根大学终身教授施尧耘已经入职阿里巴巴,担任阿里云量子技术首席科学家,他的主要工作是组建并负责阿里云量子计算实验室。 但在此之前已有端倪。9月6日,由浙江省政府、浙江大学、阿里巴巴集团按照5:2.5:2.5的比例出资(初期注册资金1亿元)成立的之江实验室举行了揭牌仪式。官方表示,之江实验室重点聚焦网络信息、人工智能,以大数据、云计算,谋划建设智能云、工业物联网、大脑观测及脑机融合、量子计算研究等四大科学装置。 任命方面,朱世强任之江实验室主任,袁继新、施尧耘任副主任。这说明此时施尧耘已经加入阿里巴巴。 公开资料中对施尧耘的介绍不多,只有简单的一句话:施尧耘1997年本科毕业于北京大学,后在普林斯顿大学取得计算机科学博士学位,是密西根大学安娜堡分校终身教授。 后来查询得知,施尧耘是福建省晋江金井人,1993年毕业于泉州五中,这所成立于1902年的中学人才辈出。 施尧耘在在理论量子信息科学领域涉猎广泛,研究课题包括量子算法和复杂性,量子通信复杂性,量子系统和量子计算的经典模拟,量子信息学和量子密码学等。 据了解,施尧耘从2005年至今共发表35篇论文,绝大多数与量子计算有关,包括今年他与他人一起发表的两篇论文。 施尧耘教授发表的论文部分截图 “我当时的回答是很坚决的‘NO’” 阿里云总裁胡晓明(左)和阿里云量子技术首席科学家施尧耘(右) 施尧耘告诉我,今年初的时候,阿里巴巴量子计算方面的研究人员找到他探讨问题,其中问到他是否愿意加入阿里,“我当时的回答是很坚决的‘NO’。”原因也很简单,“因为我在学界很愉快。特别是最近几年,感觉攀上了自己学术生涯的一个新的高峰。” 记者对他为何最终又选择加入产生了强烈的好奇,施尧耘说:“是一个问题让我自己说服了自己。” 阿里的人问他:如果阿里要做量子计算,有哪些环节,有哪些步骤? 施尧耘说,他作为一名学者,跟很多人一样都在钻牛角尖,更多的是流连于学术层面,没有深入思考落地应用这样的全局性问题。他说:“过去20年我一直在做量子信息科学的理论研究,可以说是纸上谈兵、甚至是吹牛了二十年。特别是在写研究经费申请的时候,总是说量子计算机一旦实现了就不得了了。就像写科幻小说一样。我意识到如果下一阶段如果能为量子计算的落地做出贡献,加上20年的理论工作,我会对自己的选择感到满意。” “这种被吸引的快感像是做研究的人在闷响苦干之后欣喜的顿悟。”你能从文字里感受到施尧耘那种挑战自我的喜悦。 另外,他告诉记者,对阿里巴巴价值观的认同也是促成他加入阿里云的因素之一。 施尧耘解释道:“分分秒秒之间阿里人都在为提高人们,特别是老百姓,的生活辛勤工作。这是阿里在价值和文化上对我最大的吸引力。阿里认为全球化至今最大的受益者是跨国大公司,而阿里要帮助中小企业,甚至是微小企业。在这里,我觉得自己在为人类的进步、社会的平等、技术的普惠做出一份自己的贡献。这种感觉非常棒。” 后来的事情我们知道了,施尧耘成为阿里云在量子计算领域探索的领头人,帮助量子计算落地。但他拒绝透露目前团队组建情况,他说这支团队将是国际化团队,以外部招募为主,也欢迎阿里内部的同学踊跃报名。 施尧耘认为量子计算的实现不是一个企业、一个国家可以单独搞定的,“这个宏伟目标超越了学校、公司、国家的界限,需要整个量子社区共同努力。阿里巴巴是一个国际公司,我们将为最棒的科学家和工程师提供国际舞台。我的量子团队更是如此。” 说到这里,他跟我讲了个近20年前的笑话,讲到开心处,他会在文字后面加上“大笑”俩字—— 我刚开始在姚期智先生那里念博士的时候,有一天给我的研究生同学们发了个邮件,说姚先生去开量子创业公司了,迫切的要招量子体系结构、量子编程语言、量子编译等等量子X的人。 很快就有同学来恭喜我,请我帮推荐。那天是4月1日,美国的愚人节(大笑)。 科学家讲笑话总是这么冷(手动哈哈),但科学家讲笑话显然是有目的的,随后他说出了对人才的要求。 “我正在迫切要招量子体系结构、量子编程语言、量子编译等等。这些领域是大规模量子计算必须的,也是学界、工业界都非常稀缺人才的。所以我面临的一个挑战时如何找到理想的人才:既懂量子,又善编程。两者兼顾的凤毛麟角。所以我需要把量子科学家工程化,或者把软件工程师量子化,”施尧耘在回答问题的同时直接开启了招聘模式,“如果您是研究量子的,我鼓励您发展编程能力;如果您是软件工程师,我推荐开始学习量子计算,从Nielson&Chuang的Quantum Computation and Quantum Information 开始。” “我被告知3年内没有KPI” 施尧耘主要的工作地点是在西雅图。西雅图算是云计算的圣地了,亚马逊和微软两大科技巨头、也是两大云计算厂商坐落于此。此前曾听马化腾讲过一个故事,说腾讯为了方便从微软挖人,把腾讯的美国实验室就建在微软的对面。 或许在西雅图同样方便施尧耘挖人吧。 当被问及阿里有没有给他定KPI时,他开心地笑了。他说:“我被告知3年内没有KPI (大笑)。我对此的解读是,公司的决策层深刻理解量子计算是一个战略性的长期项目。” 施尧耘表示,尽管没有给他定KPI,但他会制定一个阶段性产出的计划—— 短期会下大力气打造帮助设计硬件的软件工具; 中期要完成整个系统的各个环节,在几个重要计算问题上演示量子计算超过经典计算的能力; 长期目标就是全面实现量子计算的潜力。 “大型量子计算机的出现还很遥远” 施尧耘告诉我们,目前量子计算在业界主要有两个类型的应用—— 一类是模拟量子系统,在材料科学、量子化学、药物发现等领域人们需要用大量的计算资源来模拟量子系统,量子计算机用来做这样的计算最自然最直接; 第二类是用于帮助现在互联网公司都需要做的计算,比如机器学习的提速,基于量子硬件的机器学习算法,加速优化算法和提高优化效果等。 “这两个方向的计算可能会有很大变革:牵涉到模拟量子系统的和加速、提升重要的计算(需要强调一下这里说的只是可能性)。说经典计算机在以后完全被淘汰有点太科幻,未来比较可以肯定的是两者并存,同一问题两条解决线索,二者各有优缺点。”施尧耘说。 他还谈到:“大型量子计算机出现后,目前广泛使用的公钥密码系统都不安全了。所以可以肯定的是这些系统会逐步被替换成我们不知道如何用量子计算机破解的系统。这就是所谓的‘后量子密码学’,美国国家标准局现在正在收集候选协议。这个对公钥密码系统颠覆已经在进行中,即使大型量子计算机的出现还很遥远。” 这就引申出一个新的问题,即量子计算的商业价值多久才能显现出来?施尧耘对我说:“你要是想要数字,那我可能要让你失望了。” 他认为答案具有随机性。关于随机性,他曾经在一篇演讲中表达过这样一种观点——随机性在信仰与现实之间。他认为随机性是一种信念——不可能直接测试。“事实上,我们甚至不能确定它的存在。然而,随机性在现实中也是不可或缺的:它是给现代密码学的安全赋予生命的秘密。” 再往前追溯,施尧耘曾在2015年的北美国际网络峰会上做过一次报告,他在报告中表示,量子信息技术正在成为现实。他认为随着密码学的基础受到挑战,一场危机即将来临。今天的大部分公钥密码学将被大规模量子计算机打败。 2017年2月21日,在MIT Technology Review公布的2017年全球十大突破性技术中,实用型量子计算机(Practical Quantum Computers)赫然在列。MIT Technology Review预测,从现在起2-5年内,这样的系统很有可能开始出售,而成熟期则需要4-5年。最终,科学家们有望研制出拥有10万个量子比特的系统。 更大胆的预测是,十年之内,科学家们或许就会研制出拥有100万个量子比特的量子计算系统。 施尧耘说:“时代造英雄,量子计算是我们这个时代的机遇。” 首发:http://www.xmcpda.com 数据分析领军品牌云科数海(中云网胜),是中数委在福建省唯一的数据分析师培训授权中心,专注于大数据分析项目构建、企业数据分析技术内训、个人数据分析技术培训,致力于打造福建省最优秀的数据分析企业。 原文章作者:北雁南飞不思乡,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-28
    最后回复 陀喻 2021-12-28 16:02
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  • 谷歌、英特尔、微软纷纷下海:量子计算技术的现状、流派 ...
    编者按:作为一个热门概念,我们经常听到量子计算又有新突破的消息。但很少人清楚,今天的量子计算技术究竟走到了哪一步?到底有多少种实现量子计算的方式?本文将对这两个问题进行全面梳理,介绍如今各技术流派的发展,以及各科技巨头的研究情况。 坚持囚禁离子技术的量子计算公司 美国量子计算机初创企业 ionQ 有三位核心成员:马里兰大学物理学家 Chris Monroe,杜克大学电气工程师 Jungsang Kim, 以及原本供职于美国情报部门 IARPA(“高级研究计划署”)的 David Moehring。其中,前两位是公司创始人,是研究囚禁离子(trapped ions)的专家。而 David Moehring 是他们雇来的 CEO。 今年九月,这三位还在马里兰大学讨论量子计算的前景,包括为什么利用囚禁离子能制造出理想的量子计算机––它有完美的再现性(reproductivity),长生命周期,不错的激光可控性。 这三人有一个共同观点: 量子计算的黄金时代即将到来。它将利用量子力学,为电脑运算带来指数级得巨幅加速。持同样观点的不仅仅有他们。科技巨头英特尔、微软、IBM,谷歌都在向量子计算投入千万美元的研发资金。但是,他们在对不同的量子计算技术下赌注–––没有人知道,采用哪种量子比特(qubit)能造出有实用价值的量子计算机。 图表:量子计算五大技术流派 被看做是量子计算领域领头羊的谷歌,已经做出了选择:极小的超导电路。谷歌已制造出 9 量子比特的机器,并计划明年增加至 49 量子比特。这是一个极为关键的门槛。学者预计,在 50 量子比特左右,量子计算机就能达到“量子霸权”(quantum supremacy)。这是加州理工学院物理学家 John Preskill 发明的名词,用来指示“量子计算机在一些领域有传统计算机所不具有的能力”,比如在化学和材料学里模拟分子结构,还有处理密码学、机器学习的一些问题。 IonQ 团队并没有因谷歌的成功而气馁。Jungsang Kim 说:“我不认为谷歌能在下个月宣布成功研制量子计算机。退一步讲,即便他们成功了,游戏也不会结束。” IonQ 坚持使用囚禁离子,它是世界上第一个量子逻辑门背后的技术。那是一个 1995 年完成的项目,Chris Monroe 是参与者之一。使用精确调整的激光脉冲,Monroe 能把离子打入持续数秒的量子态, 这远超谷歌的量子比特。Jungsang Kim 开发了一个把不同离子群连接到一起的模块化方案。如该方法奏效,ionQ 就能快速扩大量子比特的规模。但直到现在,他们只成功地把五个量子比特加入到可编程设备中。 Chris Monroe 承认,现在很多人把囚禁离子看作是“害群之马”,但他坚信,将来人们会蜂拥加入到囚禁离子阵营中。 是否会如此还很难说。但有一件事是肯定的:制造量子计算机已经从科学家们的一个遥远的梦想,变成了科技巨头们想要立刻实现的目标。ionQ 就是这浪潮中想要分一杯羹的参与者。虽然超导量子比特技术现在是行业领头羊,专家们认为,现在宣布超导量子比特的胜利,还为时过早。量子信息学非正式院长 Preskill 说:“不同的量子技术在同时发展,这是一件好事。因为很可能会有惊喜发现,然后带来量子计算领域的革新。” 量子计算机凭什么超越传统计算机? 量子比特相比传统计算机比特更强大,是由于两个独特的量子现象:叠加(superposition)和纠缠(entanglement)。量子叠加使量子比特能够同时具有 0 和 1 的数值,可进行“同步计算”(simultaneous computation)。量子纠缠使分处两地的两个量子比特能共享量子态,创造出超叠加效应:每增加一个量子比特,运算性能就翻一倍。比方说,使用五个纠缠量子的算法,能同时进行 25 或者 32 个运算,而传统计算机必须一个接一个地运算。理论上, 300 个纠缠量子能进行的并行运算数量,比宇宙中的原子还要多。 这种超大规模的并行计算,对于处理日常任务其实没什么用。没有人认为量子计算机会颠覆文字处理和 email。但对于需要同时探索无数条路径的算法,还有对海量数据库的搜索,量子计算能极大地提高速度。它能被用来寻找新的化学催化剂,对加密数据的海量数字作因子分解(factoring),或许还能模拟黑洞和其他物理现象。 但有一个主要的陷阱––量子叠加和纠缠状态极度得脆弱,能被环境中的细微扰动所打破,这包括了任何测量它们的尝试。量子计算机需要被保护起来,与耶鲁大学物理学家 Robert Schoelkopf 描述的“汪洋般的混乱”(a sea of classical chaos)隔离开来。 虽然量子计算的理论在 1980 年代就开始出现,直到 1995 年才有了第一次实验。贝尔实验室的数学家 Peter Shor,向人们展示量子计算机可以对大量数字快速因子分解––若能实现,这会使现代密码学的大部分发明过时。Peter Shor 和其他人还展示了,若使用临近量子比特修正错误,让脆弱的量子比特永远保持稳定状态在理论上是可能的。 顿时,物理学家和他们的资助者相信,量子计算机未必会出现一大堆运算错误,他们有了充足的理由去尝试造一台量子计算机。那时,诺贝尔物理学奖获奖者,在 NIST(美国国家标准与技术研究院)工作的 David Wineland 已经开始了对使用激光冷却离子、并控制他们内在量子态的研究。ionQ 的创始人 Chris Monroe 那时就在 NIST 工作,他与 David Wineland 一起造出了第一个量子力学逻辑门,使用激光控制铍离子的电子态。有着和 Wineland 研究离子的经验,Chris Monroe 表示,成为早期量子计算实验领头羊的机会,落在了他们手中。 科技巨头们的量子计算研究进展 超导技术 在全世界,成百上千万的政府研究资金正流入量子物理学中。随着研究深入,其他形式的量子比特浮现出来。2010 年开始,囚禁离子技术遭遇了强大的挑战者: 超导体制成的电流回路。其中,超导体是由接近绝对零度时、携带无电阻振荡电流的金属物质组成。量子比特的 0 和 1 由不同的电流强度表示。该技术有许多吸引人的优点:1. 电流回路可以被肉眼观察到。 2. 使用简单的微波仪器就能控制,不需要对操作要求苛刻的激光。3. 使用传统计算机芯片制造技术就能生产。 4. 运转速度非常快。 但是,超导技术有一个致命缺陷:环境噪音。即使是控制设备的噪音,也能在远远不足一微秒的瞬间扰乱量子叠加。如今工程技术的优化,已使电路的稳定性提高了近百万倍,所以量子叠加状态可以维持数十微秒,但这仍远远不如离子。 D-Wave 和量子退火 2007 年,加拿大初创公司 D-Wave Systems 宣布,他们使用 16 个超导量子比特成功制成量子计算机。这震惊了世界。但是 D-Wave 的机器并没有使所有的量子比特发生纠缠,并且不能一个量子比特接着一个量子比特得编程(be programmed qubit by qubit),而是另辟蹊径,使用了一项名为“量子退火”(quantum annealing)的技术。该技术下,每个量子比特只和临近的量子比特纠缠并交互,这并没有建立起一组并行计算,而是一个整体上的、单一的量子状态。D-Wave 开发者希望把复杂的数学问题映射到该状态,然后使用量子效应寻找最小值。对于优化问题(比如提高空中交通效率的)来说,这是一项很有潜力的技术。 但批评者们立刻指出:D-Wave 并没有攻克许多公认的量子计算难题,比如错误修正(error correction)。包括谷歌和洛克希德马丁在内的几家公司,购买并测试了 D-Wave 的设备,他们初步的共识是,D-Wave 做到了一些能称之为量子计算的东西,而且,在处理一些特定任务时,他们的设备确实比传统计算机要快。不论这到底算不算量子计算,D-Wave 把私营企业们震醒了。Chris Monroe 说:“D-Wave 确实打开了人们的眼界。他们让大家意识到,量子计算机是有市场的,并且有强烈的需求。” 几年内,各个公司纷纷投入到与他们专业知识相关的各个量子计算领域中去。 英特尔和硅量子点 对量子计算最大的赌注恐怕来自英特尔:2015 年,它宣布将向荷兰代尔夫特理工大学的量子技术研究项目 QuTech 投资 5000 万美元。英特尔专注于硅量子点技术(silicon quantum dots),它经常被称作“人造原子”。一个量子点量子比特是一块极小的材料,像原子一样,它身上电子的量子态可以用 0 或 1 来表示。不同于离子或原子,量子点不需要激光来困住它。 早期的电子点用几近完美的砷化镓晶体制作,但研究人员们更倾向于硅,希望能利用半导体产业的巨大产能。QuTech 技术负责人 Leo Kouwenhoven 说:“我认为英特尔属意于硅,毕竟那是他们最擅长的材料。” 但是基于硅的量子比特研究,大大落后于囚禁离子和超导量子技术。去年,澳大利亚新南威尔士大学的一只研究团队才完成两个量子比特的逻辑门。 微软和拓扑量子 而微软的选择甚至更遥远:基于非阿贝尔任意子(nonabelian anyons)的拓扑量子比特( topological qubits)。这些根本就不是物体,他们是沿着不同物质边缘游动的准粒子(quasiparticles)。他们的量子态由不同交叉路线(braiding Paths)来表现。因为交叉路线的形状导致了量子叠加,他们会受到拓扑保护(topologically protected)而不至于崩溃,这类似于打结的鞋带不会散开。 这意味着,理论上拓扑量子计算机不需要在错误修正上花费那么多量子比特。早在 2005 年,微软带领的一支研究团队,就提出了一种在半导体-超导体混合结构中建造拓扑保护量子比特的方法。微软已经投资了数个团队进行尝试。他们近期的论文,还有贝尔实验室的一项独立研究都展示了,关键的任意子以电路中电流的模式进行移动的”征兆“。这些科学家已经很接近展示真正的量子比特了。Preskill 说:“我认为在一两年内,我们就可以看到结果––拓扑量子比特确实存在。“ 谷歌的超导量子研究 谷歌这边,他们雇佣了加州大学圣芭芭拉分校(University of California, Santa Barbara)的超导量子比特专家 John Martinis 。他研究过 D-Wave 的运行方式和缺陷。在 2014 年,谷歌把整个加州大学圣芭芭拉分校研究团队的全部十几个人,都给招募了。这之后,John Martinis 团队宣布,他们已经建成了 9 量子比特的机器,是目前世界上可编程的量子计算机中最大的之一,而且他们正在尝试扩大规模。为了避免大堆缠绕的电线,他们正在 2D 平面结构上重建该系统。系统会铺设在一块晶圆上,所有控制电路都蚀刻在上面。 John Martinis 团队如今已有 30 名科学家和工程师。七月,他们用了三个超导量子比特来模拟氢分子的基态(ground state)能量,这展示了在模拟简单的量子系统上,量子计算机可以做到和传统计算机一样好。Martinis 表示,这个结果预示了拥有”量子霸权“的计算设备的力量。他还认为,谷歌一年造出 49 量子比特计算机的计划很赶时间,但或许有可能实现。 ionQ 和囚禁离子 与此同时,ionQ 的 Chris Monroe 正在试图克服囚禁离子带来的各项挑战。作为量子比特,它们可以在几秒钟内维持稳态,这还多亏了真空装置和在环境噪音影响下仍能将其稳定的电极。但是,这些隔离措施意味着,量子比特之间的交互变得更难。Monroe 最近把 22 个镱离子纠缠成一条线形链(linear chain),但至今,他还未能控制或查询所有的离子对,而这是量子计算机必须做到的。 控制组合体的难度,会随离子数目的增加指数级得升高。所以,加入更多离子是做不到的。 Monroe 认为,解决办法在于使用模组化的设计,用光导纤维把囚禁离子群连接起来,每个囚禁离子群约有 20 个离子。若用该方案,每个模组中的某特定量子比特都会成为该离子群的中心,从群中其他量子比特那接受信息,并与其他模组分享。这样,大多数离子会免于外部侵扰。 最近,Monroe 逛了逛他在马里兰大学的六个实验室。在三个较老的实验室里,电线和真空管路一团团的垂下来。在一张特大桌子上,透镜和镜子乱成一堆,使用它们是为了改变激光光束的形状,并把光束反射入真空室设备的小孔里,那里面就是实验离子。头顶上的 HVAC设备们(加热设备,通风设备,空调)嗡嗡作响。 另外三个新实验室就十分干净整洁,甚至空空荡荡显得有些古怪。Rube Goldberg 式的光学实验桌被整合激光装置取而代之。Monroe 说:”我们现在用的激光设备只有一个激光球,并且已经开启。”他焦急得想把 ionQ 的实验室赶快运作起来,让高薪聘来的研究人员们正式成为 ionQ 的雇员,以尽快投入到工作中,把他们在马里兰大学做的研究完善起来。多亏了和马里兰大学不同寻常的协议, ionQ 得到独家、免费的专利授权。下一年,他会把他的第一个sabbatical 假期用来建立 ionQ。他表示,私营企业对他们量子计算研究的资助,是他事业中最大的一笔钱。 量子计算展望 即便有巨额投资,量子计算在很长时间内,只会是各公司实验室里的商业秘密。有些大的研究机构,甚至是那些科技巨头的下属部门,倒愿意把研究成果在论文和会议上公布出来。他们认为发表最新进展是互利的。其中一个原因是,促使潜在客户思考量子计算机的应用前景。Monroe 解释说:“我们都需要一个市场。”与其遮遮掩掩,不如一起把量子计算这块蛋糕做大。 还有一个很重要的原因:没有人对量子计算足够了解,但每个团队都选了一个量子比特类型做研究(没有精力研究多个)。谁知道他们选择的类型有没有前途呢?每种方案都需要不断地优化,扩大规模,最终才能应用于制造量子计算机。无论是制造基于超导体,还是硅的量子比特,都需要极高的连贯性和一致性。对它们冷却的冷冻装置也需要改善。囚禁离子需要更快的逻辑门,更紧凑的激光和光纤。拓扑量子比特仍需要被发明出来。简而言之,要面对的挑战太多,团队之间需要一定程度的相互合作、信息共享,才能加快进度。 未来的量子计算机很可能是一个混合体,由超快的超导体量子比特对算法进行运算,然后把结果扔给更稳定的离子存储。与此同时,光子在机器的不同部件之间传递信息,或者在量子网络的节点之间。微软研究员 Krysta Svore 说:“能够想象,将来不同类型的量子比特会同时存在,并在不同任务中扮演不同的角色。” 量子计算机是那么新奇古怪,甚至世界的顶级量子物理学家和计算机工程师都不清楚,商业化运营的量子计算机会是什么样儿。Svore 认为,研究量子计算机应当在行动中摸索。物理学家们只需要试着去造,现有的科技所能达到的最高深的计算机系统,然后面对这过程中出现的难题。 这是一个“制造,学习,重复”的过程。他说:“我们特别喜欢设想,造出了第一台量子计算机之后,就用它设计第二台量子计算机。” via science 【招聘】雷锋网(公众号:雷锋网)坚持在人工智能、无人驾驶、VR/AR、Fintech、未来医疗等领域第一时间提供海外科技动态与资讯。我们需要若干关注国际新闻、具有一定的科技新闻选题能力,翻译及写作能力优良的外翻编辑加入。工作地点深圳。简历投递至 guoyixin@leiphone.com 。 相关文章: 微软要花大价钱研发量子计算机原型产品,与谷歌、IBM 争一杯羹 访谈:摩尔定律后时代,看13位行业专家如何看量子计算机的未来? 全球最强!谷歌研发的量子计算机或将明年面世 专治不明觉厉:深度解密IBM黑科技量子计算机 量子计算和AI居然是这种关系 第一次有人给我们完整地说了说 雷锋网原创文章,未经授权禁止转载。详情见转载须知。 原文章作者:雷峰网leiphone,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-28
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  • 业界 | 任何人都可以开发量子计算软件:D-Wave开源开发 ...
    选自Wired 机器之心编译 参与:吴攀 量子计算是可以实现的,但难度也非常大,因此目前仅有几位开发者(通常接受过量子物理和高等数学训练)实际上能够真正操作世界上仅有的几台量子计算机。现在 D-Wave 这家加拿大公司想要通过开源软件之力让量子计算变得更加容易简单——这家公司从 2013 年开始就已经向谷歌和美国航天局(NASA)提供了测试用的量子计算机。 传统计算机将信息以「比特」的形式进行存储和计算,这些「比特」要么表示 0,要么就只能表示 1。但量子计算机却并非如此,借助量子粒子的一种被称为「叠加态」的奇怪状态(即粒子的自旋同时有两个方向),量子计算机的比特(被称为「量子比特(qubit)」可以同时处于 0 和 1 两种状态。D-Wave 这样的公司希望能够通过将这样的量子比特连接在一起而创造出能够在性能上远远超过当前计算机的新型计算设备。 IBM 在 2000 年就展示了一台可工作的量子计算机,并自此之后就一直在不断改进其技术。谷歌也在研究自己的量子计算机,该公司在 2013 年还与 NASA 一起对 D-Wave 的系统进行了测试。洛克希德·马丁公司和洛斯阿拉莫斯国家实验室也在使用 D-Wave 的机器。但是今天的量子计算机依旧并不适用于大多数真实世界任务。量子比特本身也还很脆弱,一不小心就会脱离叠加态。另外,目前我们还很难对量子计算机进行编程,因为这需要高度专业的知识。 「D-Wave 正在推动硬件的发展,」D-Wave International 总裁 Bo Ewald 说,「但我们需要更多聪明的人来思考其应用,还需要另一些人来思考其软件工具。」 这就是该公司推出的新软件 Qbsolv 的用武之地。 Qbsolv 是为帮助没有量子物理背景的开发者开发 D-Wave 量子计算机程序而设计的。D-Wave 的一些合作伙伴已经在使用这个工具了,但今天该公司宣布将其开源了!这意味着以后任何人都可以免费使用、分享和修改这个软件了。 Qbsolv 开源地址:https://github.com/dwavesystems/qbsolv 「在计算机科学领域,不是每一个人都认识到了量子计算机的潜在影响。」科罗拉多大学博尔德分校的数学家 Fred Glover 说,他一直在使用 Qbsolv。「Qbsolv 通过让研究者和实践者参与进来共同描绘量子计算开发的未来方向,从而提供了一种可以使这种影响为更多人所认知的工具。」 人人都有量子比特 Qbsolv 是未来的量子计算机程序员工具库的新成员——虽然目前这个库还很小,但它也在不断增长。去年,洛斯阿拉莫斯国家实验室的 Scott Pakin(他也是 Qbsolv 的最早用户之一)就曾发布了另一款免费工具 Qmasm(https://github.com/losalamos/qmasm),这也是一款帮助开发者无需忧心底层的硬件就能开发 D-Wave 计算机程序的工具。 Ewald 说,这些软件的目标是推动形成一个量子计算软件工具生态系统和培养一个解决量子计算问题的开发者社区。在最近几年,开源软件已经成为了构建社区的最佳方式,这能让独立开发者和大型企业都参与进来。 当然,要想实际地运行你用这些工具所开发出来的软件,你还需要能够使用上世界上仅有的非常少量的 D-Wave 机器。不过你也可以在你的传统计算机上下载 D-Wave 的模拟器来测试软件。当然,模拟和实际运行并不是一回事,但聊胜于无。 此外,IBM 还在去年推出了一个基于云的量子计算服务,让人们可以在该公司的量子计算机上运行自己的程序,体验地址:http://www.research.ibm.com/quantum D-Wave 尚未推出类似的云服务——目前而言,Qbsolv 和 Qmasm 还只能让开发者为 D-Wave 机器开发应用而已。实际上,D-Wave 的机器不仅采用了一种和传统计算机决然不同的方法,而且和其它量子计算原型设备也有很大的差异。大部分计算机(从你的智能手机到 IBM 的量子计算机)都是为通用目的设计的,也就是说它们可以被编程用来执行各种不同的任务,但 D-Wave 的机器只是为单一用途设计的:解决优化问题(solving optimization problems)。这个问题的典型案例是旅行商问题(traveling salesman problem):计算经过一些特定目标位置的最短路径。 早期的时候,有很多批评认为 D-Wave 的昂贵机器根本算不上是量子计算机,但现在似乎大多数研究者已经认同这些机器确实展现出了量子行为。「关于其中是否有量子效应以及量子效应是否发挥了有意义的计算作用,现在只有非常少的怀疑了。」南加州大学研究者 Daniel Lidar 在 2015 年这么说,那时候谷歌和 NASA 刚发布了一篇研究论文《What is the Computational Value of Finite Range Tunneling?》,详细阐释了他们使用 D-Wave 的研究成果。D-Wave 现在所面临的质疑是:D-Wave 的计算机真的能比传统计算机更快吗、该公司所使用的独特方法比 IBM 或其它研究者的方法更好吗? Pakin 说他的团队相信 D-Wave 的潜力,尽管他们也承认:除了一些范围非常狭窄的案例,D-Wave 的系统可能尚未带来性能上的提升。他也解释说 D-Wave 的计算机并不必要为一个优化问题提供最有效的答案——甚至不必要是正确的。相反,其目标是给出一个可能很好也许完美的答案,并且做到非常快。这就将 D-Wave 计算机的应用范围压缩到了需要快速解决但不求完美的优化问题上,这其中包括许多人工智能应用。 但是,如果进展顺利,随着硬件和软件的继续提升,也许其它类型的计算问题也可以被转化成优化问题进行处理,Qbsolv 和 Qmasm 的目标就在于此。但要实现这一目标,他们所需的将不仅仅是开源软件,他们还将需要一整个开源社区。 本文为机器之心编译,转载请联系本公众号获得授权。 ------------------------------------------------ 加入机器之心(全职记者/实习生):hr@almosthuman.cn 投稿或寻求报道:editor@almosthuman.cn 广告&商务合作:bd@almosthuman.cn 原文章作者:机器之心,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-28
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  • 刚刚!《量子计算与编程入门》教材发布,最全内容抢鲜看 ...
    Origin 我只会写代码,只懂一点点数学,但是对量子计算本身有兴趣,我该怎么入门? Quantum 自学阅读资料的时候,总是能遇到难以理解的概念——量子逻辑门、酉变换、Shor算法,我该找谁答疑? 觉得一样东西难,或许是因为你没有找到一种打开它的“正确方式”。 现在,这本能够帮助你打开量子计算大门的教材终于出现了! 由中科院量子信息重点实验室郭国平团队,联手本源量子专业研究团队合力打造的《量子计算与编程入门》教材,即将在今年由科学出版社出版发行。 它是国内第一部专业的量子计算与编程教材,可作为“量子程序员”的“第一本学习手册”使用。 教材内容深入浅出 抛开复杂的量子力学公式 从量子计算的必要概念入手 结合实操代码 围绕量子计算典型的算法进行详细介绍 它简化了量子力学中的神秘复杂概念 覆盖了需要的全部数学知识 对软件、计算机相关背景的量子计算爱好者而言 《量子计算与编程入门》是一本相当实用的入门教材 我们希望不懂量子力学的你,同样可以实现量子计算入门! 现在扫描上方二维码 即可免费尝鲜 阅读最新教材 搜索“本源量子”公众号,及时关注量子前沿资讯! 原文章作者:本源量子计算,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-28
    最后回复 陀喻 2021-12-28 00:51
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  • 北京量子院量子计算云平台团队招收博士后2名
    海归学者发起的公益学术平台 交流学术,偶尔风月 单位和团队简介 北京量子信息科学研究院(Beijing Academy of Quantum Information Sciences)是由北京市政府牵头,联合北京多家顶级学术单位共同成立的新型研发机构。量子院的宗旨是瞄准世界量子物理与量子信息科技前沿和国家在量子信息技术等领域的战略需求,创新体制机制,整合北京现有量子物态科学、量子计算、量子通信、量子材料与器件、量子精密测量等领域优势资源,建设量子信息科技综合性实验和研发平台,汇聚全球杰出科技人才及其创新团队,开展重大科技任务攻关,在量子信息科学领域产出一批重大原始创新成果,努力打造成为协同攻坚、引领发展的国家战略科技力量。量子院将结合北京“全国科技创新中心”的战略定位,积极承接国家实验室建设任务和国家科技创新2030“量子通信与量子计算机”重大项目,实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破。引进、培养和集聚一批量子信息科学领域高水平人才,在量子物态科学、量子通信、量子计算、量子材料与器件、量子精密测量等方面开展科技攻关,打造世界一流研发机构。量子计算云平台团队隶属于北京量子院量子计算研究部,团队于近期成立,现成员有范桁、郑东宁、许凯、相忠诚、宋小会等,将继续招聘英才加入。团队目标是搭建国际先进的超导量子计算云平台,进行科学研究、应用及性能测试,培养量子计算生态,使得云平台能作为科研人员和高科技公司的不可或缺的量子计算工具,通过长期发展迭代,成为综合性能国内领先,国际先进的量子计算云平台。团队长期从事超导量子计算研究,涵盖超导量子芯片制备,实验测控运行,方案提出,数值模拟,云平台等全链条式研究课题和方向,综合实力强。团队2018年入选科技部创新人才推进计划重点领域创新团队,团队名称为“固态量子计算与量子信息创新团队”,负责人入选中组部人才计划领军人才。2021年获得国家自然科学基金委员会创新研究群体支持,为“量子计算与量子模拟”创新群体。团队负责人2021年获得第十三届周培源物理奖,《Chinese Physics B》,《物理学报》以及《Frontiers of Physics》副主编,负责量子计算与量子信息方向的论文。近年来,团队和兄弟单位合作在超导量子计算与量子模拟方向取得系列创新性研究成果,包括:实现一维12超导量子比特强关联量子行走(Science’2019, 共同通讯作者),20量子比特薛定谔猫态制备(Science’2019, 共同一作共同通讯),创造了固态系统多粒子纠缠量子比特数世界纪录,利用超导量子计算平台模拟了诸多量子多体现象如:多体局域化、多量子比特动力学相变、多体系统中能量可分辨迁移边界等,实现量子机器学习、量子化学模拟等演示。2021年5月份上线了超导量子计算云平台ScQ, 器件有10个量子比特并可全部纠缠起来,实现10比特全局纠缠GHZ态,达到世界先进水平。团队现有超导量子计算测控平台多套以及齐备的器件加工设施。超导量子计算云平台团队计划在北京量子院新搭建性能先进的超导量子计算平台集群,并实现多比特器件上线云平台运行,以云平台量子计算实用化发展为目标,诚邀涉及器件、测控、方案算法、软件等相关英才加入,共创未来。 01 招聘岗位和职责量子算法研究-博士后 2名岗位职责: 基于目前有噪声超导量子器件开展量子算法的设计工作; 参与优化量子计算云平台的量子线路; 参与量子编译器的开发和优化。 任职要求: 具有量子计算、量子信息、多体物理张量网络算法等相关理论专业博士学历; 具备较高的英语水平和编程能力; 在量子计算和量子算法设计方面具有丰富的研究经验; 具备独立攻关/团队协作和快速学习的能力; 符合中国博士后科学基金会关于博士后进站的管理规定。 02 03 请有意者将简历及2封推荐信发送至hfan@iphy.ac.cn及kaixu@iphy.ac.cn 并抄送wangjingyi@baqis.ac.cn邮件主题务必命名为:候选人姓名+量子计算云平台团队+博士后 扩展阅读 本文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容 媒体转载联系授权请看下方 原文章作者:一点资讯,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-28
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  • 国产打破霸权,技术赶超欧美!揭秘黑科技量子计算,为何如此重要
    经过多年的发展,我国已经掌握诸多世界顶尖的科技技术,从相对落后到领跑世界,量子科技方面的成就不得不提。 何为量子科技?简单来讲,科学人员围绕量子研究衍生的科学技术,如核能、激光、半导体等尖端技术,都是基于量子理论衍生而来。 打破霸权,技术赶超欧美 在过去,西方国家在量子科技领域保持领先的优势,2019年,美国谷歌便推出53量子比特的计算机“悬铃木”,对于数学的计算仅需要200秒,也因此,谷歌也是率先实现“量子优越性”的企业。 虽然我国入局量子科技领域较晚,但发展速度却令人叹为观止。2016年,我国成功发射全球首颗量子实验卫星“墨子号”,标志着,我国在量子科技领域的发展已经走在前列。 之后,由潘建伟院士主导的量子计算机也迎来突破,在2021年10月,“九章二号”和“祖冲之二号”成功落地,技术赶超欧美。 更值得一提的是,我国在量子科技领域进行了全面研究。众所周知,量子科技主要分为量子计算、量子通信以及量子精密测量三大细分领域,根据中国信息通信研究院公布的数据,在这三大领域研究论文发文量方面,我国已经越至全球第二,超过9000篇,充分向世界展示了在量子科技领域的研究成果。 量子科技为何如此重要? 目前,全球主要经济体都在大力发展量子科技战略,甚至不少国家将量子科技视为抢占经济、军事等领域高地的关键,如美国IBM、谷歌都在大力发展量子科技;日本方面也宣布拨款145亿日元用于研究量子保密通信。 那么,为何量子科技如此重要? 在笔者看来,量子科技具有显著的优势,如量子通信,理论上来讲,可以做到通信的绝对保密;量子计算可以用于大数分解、求解线性方程组等,探索更多的未知领域;而量子测量则可以达到原子量级,相比传统的测量技术,量子测量精度更高。 从上述不难看出,发展量子科技必然能够推动科技的发展和进步,不久之后,量子科技便能大规模进入商业化。 就以量子计算为例,从应用场景来看,量子计算有望在研发新药、气候预测、金融分析以及经典的密码破译等领域大显身手。 不仅如此,不少市场调研机构对于量子计算的应用都极为看好,根据IDC预测称,预计到2027年,全球量子计算市场的规模将达到107亿美元; 而波士顿咨询公司预测表示,到2030年,量子计算所产生的市场潜在价值将提升到500亿美元。 至于量子测量和量子通信,必然在地形测绘、传感器、互联网等领域发挥出重要的作用。 需要注意的是,在全球各国都在追赶量子发展的趋势下,未来的量子科技将面临诸多挑战,比如人才短缺。 量子科技领域的人才短缺,主要集中在物理人才、数学人才以及计算机人才、算法工程师以及量子理论人才等等。 对于我国而言,在发展量子科技的同时,也要重点培养相关人才,与国内高校紧密合作,实现对量子人才空缺的填补。 写到最后 目前,我国在量子科技领域的研究已经走在世界前列,相信在未来,会继续保持领先的优势。总之,在时代风口、资本助推之下,量子科技大规模使用将很快到来。 原文章作者:一点资讯,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-27
    最后回复 剑爰 2021-12-27 23:11
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  • 离子阱量子计算原型机亮相安徽合肥
    新华网合肥12月25日电(汤阳)12月24日,国仪量子在安徽合肥举行五周年发布会,离子阱量子计算原型机和场发射扫描电子显微镜等高端科学仪器首发亮相。 国仪量子五周年发布会现场 国仪量子董事长贺羽表示,量子技术产业化意义重大,通过围绕量子精密测量发展路线图,聚焦金刚石NV色心、原子磁力计这两大技术路线,国仪量子在产业链上游工艺、整机设备研发及下游应用生态三个方面与全球相关领域专家共拓前沿技术,形成产业集聚效应,持续激活科学仪器行业的发展潜力。 金刚石量子计算装置海外交付 (国仪量子供图) “此次离子阱量子计算原型机和场发射扫描电子显微镜等仪器的亮相,进一步壮大了以量子精密测量为核心的先进科学仪器产业集群。” 贺羽说道。 高灵敏度磁探测技术 (国仪量子供图) 据介绍,离子阱量子计算机虽然拥有相干时间长、门操控保真度高以及量子比特全连接等优点,但难点在于比特数量的大规模扩展。“对科研工作者而言,搭建一台离子阱量子计算原型机往往需要耗费数年时间,投入的经费和人力也会让人望而却步。”贺羽说。 离子阱量子计算原型机 (国仪量子供图) “为了降低科学家从事量子计算与量子模拟等研究的门槛,国仪量子将于2022年推出商用离子阱量子计算机,向该领域科研工作者提供稳定可靠的低成本解决方案。”他透露。 原文章作者:一点资讯,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-27
    最后回复 啕苞 2021-12-27 20:50
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  • “百年老妖”现身量子世界,揭秘能量与信息之间的本质关系
    你能想象吗?电脑上每一个比特信息都“价值” 2.75乘10的负21次方焦耳。你在电脑上删一个字、在本子上擦除一段话、在脑海中忘掉一件事,都至少要耗费这么多能量。这可不是传统意义上的电能或化学能,而是在宇宙中消除信息所消耗的最小阈值。 有没有想过,在某种层面上,你能把电脑上一行行字符转化为发光发热的能量。随着信息时代的到来,这一概念对于飞速发展的量子计算技术有着深刻的理论意义。 在量子的世界中,“能量”和“信息”这两个看似不相干的概念因为一只“小妖精”联系起来。这只小妖精的存在曾是热力学界的百年难题,而最近,它又在各大学术期刊上兴风作浪了。 近期的学术新闻包括: 7月10日,一个法国的团队称,利用量子叠加和量子涨落原理,麦克斯韦妖能在从量子测量的过程中从系统中吸收能量; 7月5日,英国科学家通过超导电路成功模拟了麦克斯韦妖汲取能量、储存信息的过程; 去年2月,牛津大学团队利用两束光非常形象地模拟了麦克斯韦妖悖论中的环境,并实现了能量的传递; 去年1月,一支芬兰的团队把小妖精变成了“冰箱”,在低温超导电路中的晶体管观察到了温度变化…… “麦克斯韦妖”是150前詹姆斯·麦克斯韦提出的一个悖论,它违反了热力学中的第二定律。该定律是我们今天几乎所有热力系统的工作基础,自提出以来,就一直支配着宇宙的能量转换过程。 麦克斯韦妖悖论:150 年前,电磁学大神麦克斯韦做了一个假想试验,他想象了一个不与外界有任何能量物质交换的封闭盒子,里面充满了随机运动的粒子;他把其分为左右两部分,隔板的中间有一道供粒子通过的门。 假设有一只妖精控制着门的开关,它精确地知道每一个粒子的运动速度,通过不断地开门关门,它有意向性地把快的粒子放出到隔板的左边,慢的粒子留在隔板的右边。这样一来,一段时间之后,盒子的左半部就会充满运动快的粒子,而右半部会充满运动慢的粒子。 在物理上,熵是热力学第二定律中最关键的概念,它可以被理解为系统的混乱度,比如一盒火柴散落一地,不再呈现整齐摆放,就是一种混乱度增加的过程,即熵增过程。显然,盒子从混乱的平衡态(快慢粒子混合)过渡到了有序的非平衡态(快慢粒子分开),就是一个混乱度减少的过程,即熵减过程。 实际上,热力学第二定律规定,封闭系统的熵只增不减,系统随着时间的流逝只可能变得越来越混乱(另一种初级表述为:能量只能从高温物体传导至低温物体)。 在麦克斯韦妖实验中,从平衡态到不稳态的演化进程从何而来?当时的科学家百思不得其解。也就是说,麦克斯韦妖的存在违背了热力学第二定律。 图丨麦克斯韦妖 这只最初出现在詹姆斯·麦克斯韦信件上的“麦克斯韦妖”,一度是物理上最大的未解之谜,在上世纪末被 IBM 科研团队解决之后,它沉寂了一段时间;重出江湖之后,前几天更是在《物理评论快报》再次现身——在新的世纪,“麦克斯韦妖”似乎与“量子”站在了一起。 面对前文所提的这些研究,牛津大学团队的 Oscar Dahlsten 表示:“我们的工作将揭示能量和信息之间的本质关系。” 是的,麦克斯韦妖之所以起死回生,与信息时代的来临有着紧密的联系,而其中,起到决定性推动作用的又是这个时代最神秘的信息载体——量子计算机。 很明显,对信息的计算就是对量子比特的处理,而处理的过程本身需要耗费能量。如果把量子计算机看成一个热力学系统,其作用为利用能量处理信息,麦克斯韦妖就是量子计算遇到的第一座理论大山。 说到这里,就让我们再次回顾一下量子计算。量子计算机采用“量子比特”代替经典比特表达信息。在量子领域内,一个电子的自旋同时存在“上”和“下”两种状态。假设我们的量子计算系统中有两个电子(两个量子比特)相互纠缠,它们各自“既上又下”的自旋状态就相互叠加了。 也就是说,纠缠态的两个量子比特同时存在“上上”、“上下”、“下上”、“下下”四种状态(相干态)。每种状态都有特定的存在几率,比如50%“上上”、10%“上下”、30%“下上”、10%“下下”——实际上,信息被编码进那四个表示概率的百分比当中去了。 大家不难发现,量子计算建立在纠缠现象之上,而纠缠这一概念本身就与热力学中能量扩散的现象惊人地相似。正如上文中的两个量子比特一般,任何量子在不受测量的情况下都会逐渐呈现出波的性质,然后扩散、纠缠、融合为一体,就像封闭盒子中快慢粒子相互混合的过程一样。量子纠缠难道不是一个从有序到混乱的熵增过程吗? 图丨英国物理学家 Sandu Popescu 对这一问题,英国物理学家 Sandu Popescu 就详细解释了能量、信息、量子纠缠和热力学的关系,并因为其研获得了2016年的狄拉克奖。他认为,热力学第二定律中扩散的并非粒子的能量或动量,而是信息。随着时间推移,粒子间纠缠程度变的更大,也就是说粒子个体的信息在越来越多的粒子中共享,同时粒子自身也共享着其它粒子的信息,最终整个系统将变的更加随机与混乱。 量子纠缠程度的增加造就了熵(混乱度)的增加,并且量子纠缠变化方向与热力学时间的变化是一致的。我们可以举一个形象的例子,将这套信息论套用到经典的现实情境中:杯子里的咖啡降到室温,是由于咖啡分子与空气分子相碰撞,导致咖啡分子所带有的能量信息泄露,并被周围的空气分子共享。可以说,Popescu 用量子信息论重写了热力学第二定律。 正如麦克斯韦所说,“能量的耗散取决于人们的认知。”,Popescu 的量子信息论就为能量的耗散提供了一种新的认知方式,它或许会在热力学中掀起一场颠覆性革命。 而且,正因为量子信息论,违背热力学第二定律麦克斯韦妖悖论也在新的时代获得了全面的阐释——这还要归功于目前量子计算领域中最前沿的IBM 团队。 1961年,IBM物理学家 Rolf Landauer 首先提出,在常温常压下,消除 1 比特信息会消耗至少2.75zJ(2.75乘10的负21次方焦耳)的能量,该数值被称为兰道尔极限(Landauer’s limit)。 1982 年,同为 IBM 的学者 Charles H. Bennett 在兰道尔极限的基础上提出,麦克斯韦妖在每一次操作(测量)开关门之后,需要消除(也就是“忘记”)上一个粒子运动速度的信息,而消除信息是要做功的,这个代价就是每比特 2.75zJ。所以,小妖精的大脑要耗费能量,并产生出足够多的熵来抵消他所降低的熵——该系统整体熵增加,不违背热力学第二定律。 图丨Rolf Landauer 看来 IBM 之所以能在今日的量子计算领域拨得头筹,正是源于其五十年前的理论储备。虽然该悖论已经被解决,但它的存在依旧是意义非凡的。麦克斯韦妖仿佛历史的序幕,以热力学为原点,在十八世纪末开启了通往现代物理的一条路。 然后,我们再看看近期的新闻,在这样的时代背景下,小妖精在学术期刊中频频现身也不足为奇了。科学家无非是想通过超导、激光、半导体等方法为这只小妖精构建模型,并观测其对信息和能量的处理方式。 在 7 月 10 日的报道中,法国格勒诺布尔大学(Université Grenoble Alpes)的研究团队就在《物理评论快报》上发表了最新文章。他们表示,利用量子叠加和量子涨落原理,麦克斯韦妖能在测量的过程中从系统吸收能量。 此项研究的领导者 Alexia Auffèves 说:“在现实世界中,热力学告诉我们如何通过与热源相互作用,从大系统的涨落中抽取能量(如蒸汽机和水轮机)。而在量子世界中,虽然系统相对来说很小,但由于海森堡测不准定律依然存在涨落的现象。涨落与宏观的热源无关,是量子系统被测量的结果。在论文中我们的计算显示,从这些内禀的、由测量引入的量子涨落中抽取能量是可行的。” 图丨法国格勒诺布尔大学 Alexia Auffèves 教授 事实上,现存的麦克斯韦妖的物理模型都有以下的共同点:它们由热源驱动;只对系统的信息进行测量;并通过获得的信息操作系统,最后使系统拥有做功能力。也就是说,对信息和能量的操作是分开的。 不过,这次新的麦克斯韦妖与之前的版本不同。这个系统不是由热源驱动的,而是由测量这一过程本身驱动的。众所周知,对量子世界的测量本身会导致波函数的变化,就好比上抛的硬币在落地之前是”既正既反”的叠加态,落地之后,其状态就必须定在“正”或“反”之间,在这一过程中量子态坍缩。 所以,一个量子比特遭到小妖精测量时,其叠加态就会发生变化;而变化是由“测量”这一行为导致的,不存在其他任何热源的参与。因此测量结果不仅得到了叠加态的信息,还同时给量子比特提供了态变化的能量。 研究者还在其计算基础上提出了一个实验验证的方式,利用周期约为 70 纳秒的激光测量量子系统。并且这一验证方法的可行性已经被近期的一些实验所证明。 可以说,该团队在统一能量和信息的层面上又迈出了积极的一步。虽然他们所探究的只是量子信息论的一个方面,却初步表明信息处理的步骤和能量的提供过程是对等的,在理论层面上,该研究意义重大。 从应用的角度说,Auffèves 表示,这一测量机制说明针对信息进行的量子测量操作是会产生能量波动的。反过来,对于在具有某些测量的环境下运行的的量子变化,我们也可以通过这一机制逆向计算测量给系统带来的的能量损耗。 “测量所导致退相干效应是量子计算最大的敌人,我们的成果或许抗这种效应。” -End- 编辑:zyx 参考: https://phys.org/news/2017-07-maxwell-demon-quantum.html https://www.quantamagazine.org/the-quantum-thermodynamics-revolution-20170502/ https://phys.org/news/2017-07-physicists-maxwell-demon-mind.html https://phys.org/news/2016-02-physicists-photonic-maxwell-demon.html https://phys.org/news/2016-01-maxwell-demon-self-contained-information-powered-refrigerator.html 原文章作者:DeepTech深科技,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-27
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  • 中国量子计算研发进入世界第一阵营,应用如何了?专访郭光灿
    https://p5.toutiaoimg.com/large/tos-cn-i-tjoges91tu/SsOcNYCIe1keSo 2021年10月30日,郭光灿院士(左三)团队在做离子阱实验 钱建豪摄 当下的量子信息开始从实验阶段走向市场阶段,开启了另一种模式、另一种生态的竞争 如果国外生态一直优于我们,那么我们在应用领域的差距就会被拉大,有可能影响未来量子计算产业的发展 原题丨中国科学院院士郭光灿:量子计算需要良好应用机制 文丨《瞭望》新闻周刊记者徐海涛 周畅 陈诺 20世纪80年代,郭光灿率先将量子光学理论体系引入国内,并身体力行推进相关研究和教育工作。此后,他在国内最早将目光投向量子信息领域,并承担国家“973计划”项目,为中国的量子信息研究与国际同行并驾齐驱作出贡献。 现在,郭光灿的研究重心是量子计算机市场化。这位中国科学院院士、中国科学技术大学教授告诉《瞭望》新闻周刊,量子计算机只有在应用中发现问题、创造应用场景并及时反馈给研发端,产业才能迭代发展,量子计算的发展需要良好应用机制。 把量子光学落后的20年追回来 《瞭望》:你是国内最早一批关注量子研究的科研工作者,你为何会关注这个领域? 郭光灿:1978年,全国科学大会召开。我们迎来了一个科学的春天。 在这次大会上,我研究的“氮分子激光器的研制和应用”荣幸获奖,但我知道,氮分子激光器在国外早有研究,我只是弥补了国内空白。我想去研究一个新的领域。通过对当时前沿学科的广泛梳理,大学期间学过的量子力学映入我的眼帘。我想,假如用量子力学理论来研究光学,也就是所谓的量子光学,应该是一条新路。之后,我便开始朝着量子光学这一方向瞄准和进击。 这是我一生中最重要的选择。我认为量子光学一定有一片无限广阔的天地。我开始学习量子光学知识,但那时国内相关资料很少,能获得的信息十分有限。恰好当时有一个出国进行学术交流的机会,我以访问学者的身份前往加拿大多伦多大学,在那里,我的眼界一下子打开。我意识到,国外对量子光学的研究从20世纪60年代就已开始,而我是从20世纪80年代开始研究,换句话说,国内的相关研究已经落后了整整20年。 《瞭望》:从落后20年起步,我们的量子光学是如何追赶的? 郭光灿:在多伦多大学的两年时间里,要学习的东西非常多,因为毕竟有长达20年的漫长征程要追赶。我几乎天天泡图书馆,积累了大量有关量子光学的资料,等回国时,攒下整整一大箱复印资料。 1983年8月,我参加在美国罗彻斯特大学召开的第五届国际量子光学会议,参会的中国学者和学生共有8人,当时大家决心回国后一定要共同推进中国量子光学的学科发展。之后,我成为第一个回国的人,就想兑现诺言,把国内量子光学的“种子”播下。 1984年,我在安徽滁州召集了量子光学的会议,后来被称为“琅琊会议”。这个会扩大了量子光学的影响,并确定今后每两年开一次会。量子光学逐渐被更多人了解,慢慢发展起来。 这一年,我正式开始授课,成为第一个在国内为研究生完整开设量子光学课程的人。当时国内没有量子光学教材,我就自编教材,成为国内第一个写量子光学教材的人。这些工作,起到了普及量子光学、启蒙入门的作用。 为国家未来开启研究量子信息 《瞭望》:你是在什么契机下,从量子光学转入研究量子信息的? 郭光灿:到20世纪90年代左右,中国量子光学队伍掌握的基础理论,已经赶上我当时在加拿大访学时的国际水平,但作为一个已经相对完善的基础学科,我们很难再做出有大影响的工作。1990年,我在国外文献中读到有关量子信息的研究文章,眼前一亮,觉得这就是我要找的增长点。 一是可以把成熟的量子光学理论用到新兴的量子信息领域。二是当时国外涉足量子信息领域的人比较少,处在起步阶段,这个时候发展中国的量子信息,可以进行赶超。当初在量子光学领域与国外相差几十年需要慢慢追赶,但在量子信息领域,我们与国外相差不过几年,完全有可能弯道超车。 从那时起,我的心态也发生转变,因为量子光学是个人兴趣,量子信息则对国家未来意义重大。我开始坐起“冷板凳”进行研究,直到2001年,我受聘为国家“973计划”项目“量子通信与量子信息技术”首席科学家。 之后,我组建了一个超过50人的研究团队,把国内做相关研究的人都拉进来,历时5年取得丰硕成果,更重要的是培养了一支我国的量子信息队伍。 我们这个项目组先后产生5位院士、9位“973计划”首席科学家,起到了为我国量子信息领域打基础、扩大人才队伍的重要作用,为我国量子信息进入国际第一梯队作出贡献。 《瞭望》:现在,你的攻关方向是什么? 郭光灿:现在,量子信息开始从实验阶段走向市场阶段,开始了另一种模式、另一种生态的竞争。目前最重要的就是发展量子计算机。量子计算机现阶段可以起到提速作用,但要和经典计算机结合起来,需要相当长一段时间。 可以预见的是,量子计算机不会完全替代电子计算机。将来在生物医疗、金融、城市大脑等方面,可以用量子计算机处理,它同时有利于国家的数字安全。 量子计算发展需良好市场生态支撑 《瞭望》:我们目前面临的国际竞争形势如何? 郭光灿:目前,美国IBM公司和美国谷歌公司对量子计算通用机都有了发展的“路线图”。同时,国外的市场生态较为良好,如IBM牵头组织了140多家公司组成产业联盟,它研发的量子计算机,这些企业都会应用。只有在应用中发现问题、创造应用场景并及时反馈给研发端,产业才能迭代发展。 我国的量子计算研发处于国际第一阵营,但在应用环节,目前尚未形成良好机制。主要是因为前期投入较大,可能高达几千万元甚至上亿元,而我国尚没有类似的产业联盟分摊成本,影响了量子计算机的应用。产品只有用了之后,才会发现问题,从而不断完善优化,产品才会越来越成熟,发展才会越来越快。如果国外生态一直优于我们,那么我们在应用领域的差距就会被拉大,有可能影响未来量子计算产业发展。 《瞭望》:面对这样的竞争,你有什么建议? 郭光灿:要加快营造从研发到使用,再到反馈优化研发的市场氛围。 一是建议政府和研发企业共同补贴,培训购买方企业操作,一起促进量子科技产品优化,营造量子计算机发展的良好生态环境。 二是组建同类企业产业联盟,建立行业的量子计算机应用中心。目前阶段,每个公司都花高价购买量子计算机的确没必要,可以在某个行业集中的地区布局,组建应用中心,多个企业都可使用,集中应用、分摊成本。 三是提前布局基础设备、材料等领域,提前研究部署在应用环节可能遇到的基础问题。尤其在市场化过程中,要对所需的基础设备、材料等提早着手。 四是加快人才培养、人员培训、教育科普。目前我们在安徽省合肥市高新技术产业开发区开办了免费的量子计算机培训班,让更多人了解量子计算机的基本知识和使用方法。但目前能做量子计算机的还是少数,建议在高校布局量子科技本科专业,有针对性地培养应用环节人才。 来源:瞭望 原文章作者:中国青年网,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-27
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  • 任正非:量子计算机面前,区块链不值一提
    这是在华为公司举办的《与任正非咖啡对话》活动中,大佬任正非发表的观点。作为知名企业家中的翘楚、世界一流企业华为的掌舵人,他有着非一般的号召力,而他的“区块链无用论”无疑煽动了蝴蝶翅膀,改变了很多人对于区块链的态度与认知。 量子计算机“强”在哪儿? 俗称的“量子霸权”(又称:量子优越性)并不是指灭霸手上的宝石,拥有了就可以统治世界,称霸地球。它实际上是指,量子计算的运算速度对电子计算速度的碾压。 相较于传统计算机,量子计算机随着量子比特位数的增加,其计算存储能力有着无可比拟的指数级规模拓展。 谷歌研究人员表示:世界第一超算Summit需一万年才能完成的计算,量子计算机仅需3分20秒。他们预测,与摩尔定律的指数速度相比,量子计算机的能力将以“双指数速度”发展,也就是说,数量级不是按照2的幂增长,而是按照2的幂的幂增长。 举例说明 这是一个巨大的迷宫,它有10000条分叉路,但只有一个出口。如果人想要找到出口,必须每一条都走到底,找出那1/10000的可能,这是传统计算机的运算方法; 而量子计算机就好比孙悟空的毫毛分身,他们可以同时出发,而且是以4,16,256,65536……这样的分身速度去寻找出口。这种堪称恐怖的运算能力源于量子计算机的叠加现象,和另一种现象:量子纠缠——在分身寻找出口的同时,所有分身间是能实现经验共享的,也就是每一条分叉的结果,所有其他分身都会知道。 量子霸权将颠覆加密行业? (理论上) 众所周知,BTC是基于哈希算法SHA-256的私钥/公钥电子签名,现如今的哈希算法具有单方向推导(一个从消息到摘要的不可逆映射,只有正向过程,没有逆向过程)和散列冲突小两个特征,这使得想要破解哈希算法需要2^256次试错。 而量子计算机的叠加和纠缠原理,使得它能以数十亿倍甚至更大的速率(例如:谷歌量子计算机的计算速度是超级计算机的15亿倍),实现暴力破解哈希密码!区块链的“加密”技术是一直以来的共识,但在量子计算机摧枯拉朽般的运算能力下,各种复杂的密码都将显得格外无力。这也是任正非“区块链无用论”的最大论据。 其实,就其破解密码的速度,量子计算机带来的巨变将不止影响区块链领域;更重要的是,它将对科技、金融、通讯、甚至是军事等所有加密行业带来不小的冲击。 如果量子威胁确实存在, 那它还有多久兵临城下? 目前各国的量子计算机: IBM‘高峰’量子计算机在2021年6月15日正式投入使用一年前的谷歌’无花果‘量子计算机(53个量子比特)中国的九章量子计算机(76个量子比特) 目前最强大的量子计算机就是中国的九章,它成功构建了76个量子比特(据悉,当求解5000万个样本的高斯波色取样时,目前世界最快超级计算机预计耗时6亿年,而“九章”仅需200秒)。这已经是目前全球范围内量子计算的巅峰水平了,但也仅限于应用于高斯波色取样。 研究团队表示:希望能够通过15年到20年的努力,研制出通用量子计算机,以解决一些广泛应用的问题如:密码分析、气象预报、药物设计等,同时进一步探索物理、化学、生物学领域的一些复杂问题。 究其根本,无论你描绘得再天花乱坠,“量子霸权”不过是一种极其理想化的论断,这也是技术水平在想象力所及范围内的巅峰。即使是目前最强大的量子计算机团队的目标,也只是通过15~20年的努力将它应用到一些广泛性的问题上。 可预见地,想要实现0到1的突破,量子计算机必定会经历一段长线而艰巨的发展历程。它也只是一种“停在未来”的状态,仍处于研究研制阶段,技术上依旧有许多不成熟、亟待改善的地方,更不要说要将其实现规模化商业应用,使其与区块链抗衡了。 除了研究开发的问题,量子计算机的运行成本、落地性、应用场景也是影响它普及的重要元素。 成本高昂:对于运行环境要求苛刻 目前量子计算机最大的问题就在于:在外部干扰下量子信息的不稳定性——如果出现一个光子并对量子计算机内一个量子比特进行撞击,那么整个计算过程都会被破坏,该过程称之为退相干。为了稳定D波量子计算机中不稳定的量子态,计算机处理器的温度要冷却到绝对零度以上0.2度,这样的冰点温度会使量子比特周围粒子的运动缓慢下来。 然而想要完成这样的状态,它的成本将是突破天价的标准,据2019年对于量子计算机的成本披露:一个单量子比特的量子计算机成本就高达10000美元,这还没考虑到研发成本;以这个为标准,一个真正有用的通用量子计算机仅硬件成本至少就要100亿美元。 对于一个商业价值未得到证实的机器来说,想要真正应用必须得大幅压缩单位量子比特的成本!但具体怎么实现呢?目前尚未可知。 量子计算机落地性及应用场景 目前,就九章研发团队的预测,我们可以在20年内实现密码分析、气象预报、药物设计等基础领域的应用,那我们再大胆畅想一下,在真正能应用到一些复杂场景时,量子计算机更乐于解决的场景会是什么?人工智能?金融?军事?还是区块链? 当研发团队以高额成本研制出量子计算机时,会有几个人将攻击的目光卯准正向发展的区块链,亦或是那对比其他行业寥寥而已的数字货币呢? 再者,即使真的卯准了区块链,那区块链的研发团队在20年间难道不会研发出足以抗衡量子计算机的加密算法么?一切未可知。 科技发展,既有既生瑜何生亮的交锋,也有相辅相成的恩怨。区块链和量子计算机的出现是科技发展的必然过程,至于未来的量子计算机是未来的加密行业的末日或是新生呢?我们一起等等看吧。 作者:探索实验室;来自链得得内容开放平台“得得号”,本文仅代表作者观点,不代表链得得官方立场凡“得得号”文章,原创性和内容的真实性由投稿人保证,如果稿件因抄袭、作假等行为导致的法律后果,由投稿人本人负责得得号平台发布文章,如有侵权、违规及其他不当言论内容,请广大读者监督,一经证实,平台会立即下线。如遇文章内容问题,请联系微信:chaindd123。 原文章作者:链得得,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-27
    最后回复 杆括 2021-12-27 15:50
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  • 量子计算与区块链
    最近在网络中看到太多关于加密货币骗局案例,利用区块链的概念甚至宇宙的概念来欺骗老百姓,现在目前要真正的建立区块链技术体系最起码还要等个十年,区块链是在P2P分布式网络的基础上利用哈希算法加密分布式账单的概念,一旦区块链技术体系建立起来的话首先一定要保证绝对的安全性,从物理通讯的角度来说就不能采用电磁技术来通讯,因为电子很容易被黑客劫持并且复制改变电子状态,所以通讯方式采用光子的方式来通讯是最安全的因为光子之间拥有纠缠特性。第二就是超大的算力,要维持这种超大算力的话以传统硅半导体是很难维持的,硅半导体最牛逼的在于逻辑门设计而不是体现在算力方面,量子比特相对于比特更加适合建立区块链体系。所以区块链是量子计算和量子通讯技术发展起来的应用,现在所谓的加密货币仅仅只是击鼓传花的游戏而已。赌徒的心理是自己永远都不可能是最后一个被收割的人,当你存在这种心理的时候其实你就已经被收割了,赚到的钱也只是暂时存到了你的账户上而已,即使你不玩比特币了也会选择其他击鼓传花的游戏,因为你体验到运气给你带来的愉快,一旦上瘾了危机也就来了,要一直好运一定是建立在绝对实力的基础上。 原文章作者:刘倩豪,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-27
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  • 入局光量子计算:日本研究团队开发出高性能“压缩光”源
    本周三,一个日本科学家团队宣布其在开发使用光子或光粒子的量子计算机上取得关键进展,这种计算机不再需要用于冷却现有机器的超低温环境。 包括日本电报电话(NTT)公司、东京大学和日本理研研究所在内的研究团队开发了一种高性能的“压缩光”源,用于光量子计算的信息传输。 他们的目标是在2030年之前利用这项技术开发出强大的量子计算机。 公私学术界的努力标志着日本在这一领域迈出了重要一步,预计这一领域将对未来几年众多行业的竞争起到至关重要的作用。作为2000亿日元(17.6亿美元)计划的一部分,政府为该项目提供了资金。 由于谷歌和IBM等科技巨头,该领域在很大程度上由美国主导。 研究团队看到了与竞争技术相比性能大幅提升的潜力。“这是一种范式转变,”东京大学工程学院教授、项目经理AkiraFurusawa表示。 光学计算机可以在室温下运行,而无需像其他超导量子计算机一样需要昂贵的冷却设备。 NTT在日本提供光纤互联网服务并继续研究光学技术,利用其在该领域的经验和专业知识进行该项目。 包括NTT在内的研究团队开发了一种光量子计算所必需的高性能的“压缩光”源。(摄影:Daiki Hiraoka) 量子计算机可以处理传统系统无法处理的计算。谷歌在2019年宣布,它在短短3分钟内完成了一项需要最好的经典超级计算机1万年才能完成的任务,从而实现了“量子霸权”。世界各地的公司和研究机构都加入了这场竞赛。 谷歌和IBM正在研究超导量子计算机,这种计算机使用的材料在超低温下电阻为零。在日本,理研和富士通也在进行相关研究。 这项技术正在进步,IBM上个月宣布其开发出具有127个量子位的量子处理器处理器“Eagle”,超越了谷歌的53量子位系统。 但是也存在某些障碍,例如布线,这使得提高超导系统的性能变得困难,其他参与者正在寻求其他可能性。 日立公司(Hitachi)正在开发一种基于硅的量子计算机,这被视为未来大规模系统开发的一条有前途的途径;美国的IonQ在真空室内俘获离子,并于本月宣布计划在其系统中使用钡离子作为量子位。 每种可用的方法都有其优点和缺点。光学系统的优点包括可扩展性和减少功耗。中国科学技术大学去年表示,它已经通过一台基于光的计算机实现了量子霸权。 波士顿咨询集团估计,到2040年,量子计算每年将创造8500亿美元的价值。尽管依旧存在许多挑战,例如处理由噪声引起的错误,但在多个方面取得的进展可能会加速量子技术的应用。C114通信网 余予 原文章作者:C114通信网,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-27
    最后回复 际苣 2021-12-27 15:22
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  • IBM 宣布成功研制50量子位原型机,量子计算机商业化正在 ...
    2016年,IBM 推出了 5 量子位的计算机,而就在昨天,IBM 取得了重大进展,这家公司通过其官方博客宣布了 20 量子位的量子计算机问世,并构建了50 量子比特的量子计算机原理样机。 值得一提的是,现在留给谷歌的时间不多了。今年4月23日,谷歌称要在年底打造出世界上第一台可以超越传统计算机的量子计算机,达成49个量子比特的操控,实现“量子霸权”。眼看着今年即将过去,DT 君不由地替谷歌捏把汗。 以下为本次的 IBM 官方博客全文: 过去数十年基础科学的探索的积累推动了 20 世纪最重要的若干技术进步的实现,尽管这些科学探索的最初目的仅仅是为了拓展人类的认知。例如,当爱因斯坦发现相对论的时候,他不会想到有一天这个理论会成为现代导航系统的重要部分。量子力学也一样。 从最初 IBM 成员 charlie bennett 和其他量子信息科学先驱建立量子信息科学研究社区开始,到现在这一科学研究社区蒸蒸日上,我们一路走来历经了很长时间。今天,这一研究社区取得了重要进展,使得可以验证早期理论预测的实实在在的系统,正在我们的眼前得以搭建。 http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20171112/f459a709e3a246259d1a523807602afb.jpeg 图 | IBM 50Q 系统:针对 50 量子比特制造 IBM 的低温恒温器 这一搭建过程的速度是令人瞩目的。就在一年半之前,我们将 5 量子比特的 IBM Q Experience 原理样机放在云端供全世界使用、探索和学习,一年之后,我们又添加了另一台 16 量子比特的装置。 目前,有来自超过 1500 所大学、300 所高中、和 300 所私立机构的 60000 多用户已经注册了 IBM Q experience 账户,总共运行了 170 万次实验。研究团队的成员们使用我们的平台验证他们的想法,发表了 35 篇以上的论文。而这些仅仅是开始。今年 5 月,我们宣布发布 IBM Q,成为工业界第一个搭建可商用的通用型量子计算机的团队。IBM Q 将为商业和科学服务。 今天,我们宣布我们成功的搭建和测试了两种新机器: 1. 基于 20 量子比特的量子计算机,可在年底向客户开放 2. 基于 50 量子比特的量子计算机原理样机,为今后 IBM Q 系统奠定基础。 其中,基于 20 量子比特的量子计算机的相干时间翻倍,由之前的 50us 到达现在平均相干时间 90us。而且这台量子计算计的设计具有可扩展性:基于 50 个量子比特的量子计算机也有相似的表现。通过联合 IBM Q Experience 和外部合作团体,我们的目标是加快证明量子计算机在解决实际问题上的优势。 对于过去一年半我们所建立的这个量子计算“生态系统”,我一直都感到惊叹并且深受鼓舞。同时,我相信我们通过开发 QISKit,可以做的更多。QISKit 是量子信息软件处理工具包,是帮助研究社区最大限度利用量子计算系统的核心。它包括基于 python 语言的建立、操控、显示和研究量子比特的工具,表征量子比特的工具,批处理任务工具和一个可将所需实验编译到真实硬件的编译工具等等。 这个工具包的提高,不仅有我们自己的优化,还有外部开源社区的贡献;同时,它的提高也伴随着我们的社区在科学和技术方面的进步。 http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20171112/c476f47d9d874ba59adb59be5bab2843.jpeg 图 | IBM 20 和 50 量子比特阵列。左图是 20 量子比特系统示意图,中间是 50 量子比特系统示意图,两图同时显示了量子比特之间的关联。这种关联可使 IBM Q 系统具有极大的灵活性,而且可以看出,50 量子比特系统是 20 量子比特系统的自然扩展。右图是第一代 IBM Q 系统的封装芯片,这个芯片在超导量子比特的设计、连接和封装方面都有改进。 尽管现在还为时尚早,但我们很看好自己可以实现量子计算的真正潜能。过去一年的成就使我们更加乐观,量子计算将会在即将到来的一年为化学、最优化和机器学习打开新的大门。处在量子信息技术历史上的这一阶段,我们应当尽情享受;我们真正的在重新发展计算科学! -End- 编辑:Alex 校审:黄珊 原文章作者:DeepTech深科技,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-23
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  • 百度公开“基于量子电路的数据处理方法”专利,涉及量子计算 ...
    北京百度网讯科技有限公司日前公开“基于量子电路的数据处理方法及装置、电子设备和介质”专利,涉及量子计算领域,尤其涉及数据处理技术领域,申请号CN202110768782.3,申请公布号CN113496285A。 天眼查App显示,该专利实现方案为:获取n量子比特系统的待求解的哈密顿量,n为正整数;确定可作用于n量子比特的待优化的量子电路;获取n量子比特的混态,该混态为多个正交的计算基态的概率混合;将n量子比特的混态输入量子电路,以基于量子电路输出的量子态对哈密顿量进行测量,得到期望值;基于期望值对该量子电路所对应的参数进行优化,以得到参数优化后的量子电路;以及将多个正交的计算基态中的相应的计算基态输入优化后的量子电路,以得到该哈密顿量相对应的特征态。 https://p4.itc.cn/images01/20211014/7dc10e9ddccd45bcb78ab48c8a80f8db.png 原文章作者:科技边角料Pro,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-23
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  • AI·视野 | 量子计算,掌握未来的算力引擎
    http://p0.itc.cn/images01/20201106/da6162429a4e4650940d327724ca63b9.png 量子力学是人类探究微观世界的重大成果。量子科技发展具有重大科学意义和战略价值,是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新,将引领新一轮科技革命和产业变革方向。量子科技的发展不仅成为信息革命的理论基础,更为量子计算开拓了可能。 一、可控的量子叠加和纠缠是算力跃升的源泉 量子计算是基于量子态受控演化的一类计算技术,其巨大的信息携带能力和超强的并行处理能力使得量子计算成为颠覆未来的计算模式。 量子计算机与经典计算机最大的区别在于存储、运算的对象不同。经典计算机通过控制晶体管电压的高低来处理比特信息,即完成0或1的信息处理。量子计算机则采用量子比特作为基本单元存储信息。相较于经典计算机通过控制电路的开关来处理信息,量子计算机可以利用粒子量子态的叠加与纠缠的特性,实现指数量级的性能提升。叠加的特性意味着量子比特可以同时包含0和1信息。这意味着普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数(00、01、10、11)中的一个,而量子计算机中的2位量子位(qubit)寄存器可同时存储这四种状态的叠加状态。量子纠缠的特性意味着当任一量子比特状态发生改变,其他所有的量子比特也发生对应的状态改变。多个量子比特直接相互关联的特性让量子比特得以实现更为复杂的逻辑运算。 二、量子计算即将超越当前算力极限点 量子计算的发展总体分为三大阶段。 理论探索期。二十世纪七八十年代以前是量子计算的理论探索时期,1982年,美国物理学家Paul A.Benioff提出量子计算机概念。1985年,英国牛津大学教授David Elieser Deutsch首次提出的量子图灵机构架以及证明量子加速的算法,验证了量子计算并行的可能性。 算法研究期。二十世纪九十年代,量子计算进入到了编码算法研究期。1992年Deutsch和Jozsa提出的D-J量子算法,推进量子计算领域的飞速发展。1994和1996年,Shor整数分解问题的量子算法和Grover数据库搜索算法的提出进一步凸显出量子计算对于特定问题解决的巨大优势,坚定了科学家深入研究量子计算机的决心。 技术突破期。如今,量子计算进入技术突破期。1998年Bernhard Omer提出量子计算编程语言后,量子计算机可编程的序幕拉开。IBM、谷歌、微软等科技巨头积极布局,开展量子计算的技术验证和原理机研制。2013年加拿大D-Wave系统公司发布了量子计算设备,率先开启量子计算机商业化进程。2018年Intel和Google分别测试了49位和72位量子芯片。2019年,IBM发布最新IBM Q System One量子计算机。量子计算装置将有望在特定测试案例上表现出超越所有经典计算机的计算能力。当前世界算力极限点将会被不断突破,新的计算能力跃升时代即将开启。 三、量子计算将成为信息时代的秩序颠覆者 摩尔定律时代,芯片上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月会增加一倍,性能也将提升一倍。但是随着芯片元件集成度的不断提高,元器件尺寸的不断缩小,经典物理世界的规律将不再适用。且随着单位体积芯片计算能力的提升,热量损失不断增加,摩尔定律逐渐失效。后摩尔时代,量子计算将成为突破传统芯片性能极限的标志性技术,以传统芯片为核心的现代电子信息制造体系将因量子芯片的诞生而发生革命性重塑。 量子计算的到来将给现代网络安全带来巨大冲击,自20世纪90年代以来,非对称加密方式RSA是用于网络数据传输、身份认证、在线支付等互联网应用的主要加密方式。传统计算机需要花费上万年才能破解RSA加密密钥,在理论上保障了信息传递的安全性。而量子计算强大的并行计算能力仅需几分钟便可完成密码的破译,网络安全、隐私安全乃至国家安全正面临前所未有的量子挑战。 如果增至300个量子位,量子计算机的存储量将比地球上所有原子数量还要多,现实中的每一个细节可以在虚拟世界中完全克隆。不论是在人工智能、信息安全、加密通信领域,还是在基础科研、化工能源、太空探索等领域,量子计算将给世界带来颠覆性改变。 未来,量子计算的发展将在理论上突破摩尔定律的极限,重塑信息时代建立起来的规则,人类的社会生产生活方式将发生颠覆性改变。我们要做好准备,迎接充满不确定的量子时代! 本文作者: 人工智能产业研究中心副总经理 邹德宝 人工智能产业研究中心高级分析师 杜欣泽 人工智能产业研究中心高级分析师 卢娟 更多行业案例及其特点,请关注“赛迪顾问”公众号,获取最新动态。 原文章作者:赛迪顾问,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-22
    最后回复 舍焖 2021-12-22 19:10
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  • 中科大量子计算优越性实验入选2021年国际物理学十大进展
    澎湃新闻记者 程婷 澎湃新闻从中国科学技术大学获悉,12月21日,美国物理学会Physics网站公布了2021年国际物理学领域十项重大进展,中科大潘建伟、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选。 10月25日,著名物理学期刊《物理评论快报》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,使得我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。 这一系列成果使我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。 责任编辑:钟煜豪 图片编辑:张同泽 校对:刘威 原文章作者:澎湃新闻,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-22
    最后回复 邬国 2021-12-22 16:43
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  • 中国量子计算成果入选国际物理学十大进展
    驱动中国2021年12月22日消息,美国物理学会Physics网站公布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10项研究成果入选。 http://i1.go2yd.com/image.php?url=YD_cnt_0_016cjAsKSXir 今年10月25日,著名物理学期刊《物理评论快报》刊发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,使得我国首次在超导量子体系达到“量子计算优越性”里程碑。 原文章作者:一点资讯,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-22
    最后回复 啕苞 2021-12-22 14:49
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  • 量子计算机有多神?它能解决哪些历史无解的难题?| 袁岚峰 ...
    关注风云之声 提升思维层次 导读 量子计算的重要性,在于它可能解决传统无法解决的问题,而不是以另一种方式去解决那些已经解决的问题。如果你理解到这一层,你的知识水平就超过了99%的人。 视频链接: 西瓜视频: 本视频发布于2021年3月26日,播放量近80万 精彩呈现: 关于中国的量子计算机“九章”,我已经讲过几次了(量子计算机不是计算机?键盘侠们会对美国这样说吗?| 袁岚峰 )。最近我发现需要再讲一次,因为这个问题在某种程度上把院士都搞糊涂了。 事情是这样的:北京大学地球与空间科学学院涂传诒院士在微信公众号上发了两篇文章(杂谈|是量子计算,还是光学实验? 和对“九章-光量子计算机” 的理解 ),认为九章只是个物理实验,不是个计算机,跟量子计算无关。2021年3月17日,九章论文的作者陆朝阳和潘建伟发了一个《“九章”作者对涂传诒先生等若干网络评论文章的回复 | 墨子沙龙 》。 这事最基本的图景是:我们非常尊敬涂院士在自己的专业领域即“空间物理学、太阳风湍流、太阳风动力学与日球层物理”的贡献,同时对于老爷子81岁高龄还在关心前沿科技、认真查文献、找资料的精神,也十分敬佩。不过隔行如隔山,术业有专攻,老爷子对量子计算确实远不是内行,在两篇文章中出现了不少误解。 https://p6.itc.cn/q_70/images03/20210402/d150e69e5add41bb92c5141ba55fd7d6.png 中国科学院网站上对涂传诒的介绍http://casad.cas.cn/sourcedb_ad_cas/zw2/ysxx/dxb/200906/t20090624_1804290.html 下面,我们从根源上来介绍量子计算。当你懂得了正确的是什么,自然就获得了剖析错误的能力。 最基本的,当你的计算机不够用时,该怎么办?显而易见的回答是,换更快的计算机。 但重点在于,有些问题是换更快的计算机解决不了的,因为这些问题的计算量是指数增长的。把指数函数和多项式函数的图像对比一下就会发现,指数比多项式增长得快得多。 https://p5.itc.cn/q_70/images03/20210402/18f236d7ab1d4b7781211be644e41fb1.png 指数增长与多项式增长 如果一个问题的计算量是2的n次方,这里的n是问题的规模,比如分解因数时待分解的数字的位数,那么即使你换了一个速度是原来两倍的计算机,你也只能比原来多算一位。即使你换了一个速度是原来1024倍的计算机,你也只能比原来多算10位。大自然或者出题人稍微增加一下问题的规模,就会把你甩得连尾灯都看不见。 这样的问题,我们就称为不可解决的,或者不可有效解决的,或者不可快速解决的,或者困难的。诸如此类的说法,实际的意思都是:这个问题的计算量是指数增长的。与之相对,计算量多项式增长的问题就称为可以解决的,或者可以有效解决的,或者可以快速解决的,或者容易的,诸如此类。 因此,基本的区分就是:多项式增长 = 容易,指数增长 = 灾难。如果你理解到这一层,你的知识水平就超越了90%的人。 https://p7.itc.cn/q_70/images03/20210402/9e48867c205b4c648d55110252d84882.png 多项式增长 = 容易 https://p3.itc.cn/q_70/images03/20210402/5cf2515cf7dd44a0814d9badaca3e618.png 指数增长 = 灾难 这个分类叫做计算复杂性(computational complexity),或者计算复杂度。计算复杂性的分类有个妙处,就是它非常稳定。比如说把计算量减缩1000倍,不可解决的问题依旧是不可解决。 了解了这些背景之后,核心问题来了:有没有可能通过改变计算机的物理体系,把不可解决的问题变成可以解决? 这是个非常有趣的问题。大家都知道,计算机可以用不同的物理体系来实现。从古代的算筹、算盘到近代的机械式计算机,再到现代的电子管计算机与晶体管计算机,硬件在不断演化。但是,这种进步能不能改变计算复杂性呢? 回答是不能,因为这些进步的效果只是让计算的每一步变得更快,但原来需要多少步现在还是需要多少步。所以不可解决的问题依旧是不可解决,不会因为你从算盘进步到超级计算机就改变这个定性。这个命题非常重要,它有个正式名称“扩展的丘奇-图灵论题”(extended Church-Turing thesis),丘奇和图灵是两位伟大的数学家。 https://p6.itc.cn/q_70/images03/20210402/e815dac6830049dd9107c6097a2d0993.png 阿隆佐·丘奇( Alonzo Church,1 903 - 1955) https://p8.itc.cn/q_70/images03/20210402/c915fba16b4e495fb007d14a909dac98.png 阿兰·图灵( Alan Mathison Turing,1 912 - 1954) 但近40年来,出现了一个石破天惊的新回答:有一种新的物理体系有可能把不可解决的问题变成可以解决,它就是——量子计算机! 对于完全没有基础的同学,我来稍微解释一下。量子这个词来自量子力学,量子力学是一种基础物理学理论。跟量子相对的传统方法,叫做“经典”。量子之所以有可能做到经典做不到的事情,是因为量子力学有三个违反日常直觉的性质(让中央集体学习的量子科技究竟是啥?这个科普我已经做了五年(二)量子力学三大奥义 | 袁岚峰 ):叠加、测量和纠缠(让中央集体学习的量子科技究竟是啥?这个科普我已经做了五年(三)量子纠缠 | 袁岚峰 )。 量子计算机的逆天之处在于,它有可能通过执行某种快速的量子物理过程,获得跟这个过程对应的数学难题的解。用经典计算机计算这个数学问题的时间是指数时间,用物理过程获得结果的时间却是多项式时间。这种“抄捷径”,就是量子计算机的优势。 所以量子计算的重要性,在于它可能解决传统无法解决的问题,而不是以另一种方式去解决那些已经解决的问题。如果你理解到这一层,你的知识水平就超过了99%的人。 人们已经提出了若干种量子算法,每个算法其实就是对某个问题设计出的捷径。例如用经典算法分解因数是困难的,但用量子算法分解因数是容易的(让中央集体学习的量子科技究竟是啥?这个科普我已经做了五年(四)量子因数分解与破解密码 | 袁岚峰 )。所以在理论层面,量子计算的形势大好。 不过真正的困难在实验层面:我们真的能实现这种优势吗?我们能不能造出一台量子计算机,它在至少一个问题上超越经典计算机? 对此的回答,绝不是显而易见的。在真正造出一台这样的量子计算机之前,不能排除这样的可能:这件事在理论上似乎可行,但在实践中总是因为各种各样的障碍而无法实现。 如果各种技术方案总是功败垂成,那么人们就会想:有没有可能,在这背后有某种深刻的原理在阻止我们超越经典计算机?这些都是需要实际去做才能知道的。 了解了这些背景,终于可以解释九章做的是什么了:它是目前最明确的超越经典计算机的量子计算机。用术语来说,这叫做实现“量子优越性”(quantum advantage)或者“量子霸权”(quantum supremacy)。 九章实现量子优越性之后,合理的推断就是:既然有一个问题可以实现量子优越性,当然就可以有更多。验证了这个存在性之后,我们的天地就无限广阔了。如果你理解到这一层,你的知识水平就超越了99.9%的人。 回想一下前面说的扩展丘奇-图灵论题,九章就是推翻这个论题的最强有力的证据。换句话说,九章让整个量子计算学术界建立了信心。 下面,我们来介绍九章具体执行的任务。它叫做“玻色子取样”(boson sampling),即发出若干个光子,经过复杂的光路后,探测每一个出口有多少个光子出去。一个流行的比喻是,它好比光子的“高尔顿钉板”(Galton’s board)。 https://p6.itc.cn/q_70/images03/20210402/f1147835d53146f59015ae53023e643f.png 阿伦森与阿尔希波夫论文图1,高尔顿钉板 提出玻色子取样的,是一篇2013年的论文《线性光学的计算复杂性》(The Computational Complexity of Linear Optics),作者是斯科特·阿伦森(Scott Aaronson)和他的学生亚历克斯·阿尔希波夫(Alex Arkhipov)。阿伦森当时是MIT电子工程与计算机科学系的教授,现在是德州奥斯汀大学计算机科学系的教授。这篇文章的图1,就是高尔顿钉板。 https://p9.itc.cn/q_70/images03/20210402/350f0dffeace4eaa8d5c8b2fdf00c6c5.png 斯科特·阿伦森(https://www.cs.utexas.edu/people/faculty-researchers/scott-aaronson) 然而玻色子取样真正的威力,是它跟高尔顿钉板的区别。高尔顿钉板的球是经典粒子,各个球之间是独立的。但玻色子取样的光子是量子粒子,它们之间是会干涉的。 平时常见的光的干涉现象,是单个光子自己跟自己干涉。但玻色子取样实验中的多个光子之间会发生多光子干涉,导致更奇妙的效应。 用物理学术语来说,这叫做“Hong-Ou-Mandel凹陷”(Hong-Ou-Mandel dip)。这三位作者都是罗切斯特大学的物理学家,Hong是韩国人洪廷基(Chung Ki Hong),Ou是华人区泽宇。 他们在1987年发现,两个相同的光子在同时经过一个分束器之后,会变得纠缠起来。最初这两个光子一个从左边来,一个从右边来。经过分束器之后再去测量它们,就会发现或者两个都在左边,或者两个都在右边,但不可能一个在左一个在右。阿伦森与阿尔希波夫论文的图3,就是这个Hong-Ou-Mandel凹陷。 https://p5.itc.cn/q_70/images03/20210402/2587f22de1e54ef6862836fdcd515ec4.png 阿伦森与阿尔希波夫论文图3,Hong-Ou-Mandel凹陷 这是一种纯粹的量子力学效应,在经典世界里是不可能出现的。玻色子取样,就是把Hong-Ou-Mandel凹陷推广到更多的光子。最终,从各个出口出来的光子会满足一个非常复杂的分布,如下图所示。 https://p6.itc.cn/q_70/images03/20210402/4be8eebe536e4a5e8ed7663f8797c14d.png 玻色子取样的概率分布 最下面那个公式(3.66),就是玻色子取样的概率分布。这个公式中分子上的Per(As),是As这个矩阵的“积和式”(permanent)。分母上的s1!直到sm!,是s1直到sm的阶乘(factorial)。 如果你不知道积和式和阶乘是什么,请去看我以前的文章和视频(量子计算机不是计算机?键盘侠们会对美国这样说吗?| 袁岚峰 )。重点在于,积和式的计算是一个困难的问题,所以这个概率分布对于经典计算机是困难的。如果我们能把光子数推到足够大,超级计算机已经算不动了,而物理装置依旧能够快速取样,那么就实现了量子优越性。 这需要达到多少个光子呢?阿伦森和阿尔希波夫的估计是,到20至30个光子就可能超越经典计算机。 九章实际做到了多少呢?平均光子数是43,最多达到76,远远超过预期。所以最终的结果是:九章用200秒取样了5千万次,而现在最强的超级计算机取同样多的样需要6亿年,九章超过了它一百万亿倍! 我们来总结一下,九章的重要性至少包括三个层面。 在原理层面,它是推翻扩展丘奇-图灵论题的现有最强的证据。 你也许想问,不扩展的丘奇-图灵论题说的是什么?回答是,原始的丘奇-图灵论题说的是,任何物理体系可计算的数学问题都是一样多的。而扩展的丘奇-图灵论题,说的是任何物理体系可有效计算的数学问题都是一样多的。请注意,可计算和可有效计算是不一样的。前者是指可以在有限的时间内得出结果,无论这个时间是多长,而后者是指这个时间是多项式增长的。 现在普遍认为丘奇-图灵论题是正确的,而扩展丘奇-图灵论题是错误的。也就是说,量子计算机和经典计算机可计算的问题是一样的。但在这些可计算的问题中,量子计算机可以把一些不可有效计算的问题变成可以有效计算。 在实用层面,玻色子取样目前还没有实用价值,但将来可能会有。例如药物分子筛选对应某种图论问题,而这种图论问题又可能对应玻色子取样问题,因此将来有可能用九章加快药物研发。如果我们真的通过这种方法制造出了新药,难道会有人因为所谓“它不是计算机”而拒绝吃药吗? 在技术层面,中国科学家在研发九章的过程中发展了大量的新技术,如最好的量子光源、最好的干涉技术、最好的锁相技术、最好的单光子探测器等等。这些技术会扩展到其他地方,例如量子雷达(高空大气与量子雷达 | 窦贤康 )、量子卫星、“隔墙观物”(千米之外,如何实现隔墙观物 | 墨子沙龙 )和“雾里看花”(单光子相机:如何实现“雾里看花” | 徐飞虎 )。 如果以上这些你全都理解了,我相信你的知识水平已经超越了99.99%的人。回头再看各种常见的对量子计算机的误解,你都能够一眼看破。 最后,对于一个新科技,我们有两种态度。一种是:我不懂,也不想学!这东西肯定不行!你们肯定是假的!另一种是:我要去认真学习,了解原理,甚至投身其中。你愿意选择哪一种呢? 扩展阅读: 量子计算机不是计算机?键盘侠们会对美国这样说吗?| 袁岚峰 “九章”作者对涂传诒先生等若干网络评论文章的回复 | 墨子沙龙 让中央集体学习的量子科技究竟是啥?这个科普我已经做了五年(二)量子力学三大奥义 | 袁岚峰 让中央集体学习的量子科技究竟是啥?这个科普我已经做了五年(三)量子纠缠 | 袁岚峰 让中央集体学习的量子科技究竟是啥?这个科普我已经做了五年(四)量子因数分解与破解密码 | 袁岚峰 高空大气与量子雷达 | 窦贤康 千米之外,如何实现隔墙观物 | 墨子沙龙 单光子相机:如何实现“雾里看花” | 徐飞虎 背景简介 :袁岚峰,中国科学技术大学化学博士,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员,中国科学技术大学科技传播系副主任,中国科学院科学传播研究中心副主任,科技与战略风云学会会长,“科技袁人”节目主讲人,安徽省科学技术协会常务委员,中国青少年新媒体协会常务理事,中国科普作家协会理事,入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物,微博@中科大胡不归,知乎@袁岚峰(https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8)。 责任编辑:杨娜 原文章作者:风云之声,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-22
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  • 经济学人 | 华尔街新宠--量子计算(1)
    【新朋友】 【可可英语】加关注 【老朋友】点击手机右上角图标【转发分享】内容 中英文本 High-tech finance 高科技金融 Quantum for quants 量化交易量子化 Wall Street's latest shiny new thing: quantum computing 华尔街新宠:量子计算 The finance industry has had a long and profitable relationship with computing. It was an early adopter of everything from mainframe computers to artificial intelligence. For most of the past decade more trades have been done at high frequency by complex algorithms than by humans. Now big banks have their eyes on quantum computing, another cutting-edge technology. 金融业和计算技术长期保持着有利可图的关系。在采用从大型主机到人工智能等各种技术时,这个行业都是领头羊。在过去十年的大部分时间里,由复杂算法驱动的高频交易的交易量已经超过了人工交易。现在,大银行又盯上了另一项尖端技术——量子计算。 This is the idea, developed by physicists in the 1980s, that the counter-intuitive properties of quantum mechanics might allow for the construction of computers that could perform mathematical feats that no non-quantum machine would ever be capable of. The promise is now starting to be realised. Computing giants like Google and IBM, as well as a flock of smaller competitors, are building and refining quantum hardware. 上世纪80年代物理学家提出,借助量子力学种种与直觉相悖的特性或许可以发明出量子计算机,实现非量子计算机永远无法企及的运算壮举。这一愿景现已开始逐渐演变为现实。谷歌和IBM等计算巨头以及一大批较小的竞争对手都在打造和完善量子硬件。 http://p9.itc.cn/q_70/images03/20210112/d624b2f9207b4e7bb4b831a06fbba9c7.png Quantum computers will not beat their classical counterparts at everything. But much of the maths at which they will excel is of interest to bankers. At a conference on December 10th William Zeng, head of quantum research at Goldman Sachs told the audience that quantum computing could have a "revolutionary" impact on the bank, and on finance more broadly. 量子计算机虽然并不会在所有领域都能击败经典计算机,但它们擅长解决的许多数学问题却让银行家颇感兴趣。在12月10日的一次会议上,高盛集团的量子研究负责人威廉·曾告诉听众,量子计算可能给这家银行以及更广泛的金融产业带来“革命性”影响。 Many financial calculations boil down to optimisation problems, a known strength of quantum computers, says Marco Pistoia, the head of a research unit at JPMorgan Chase, who spent many years at IBM before that. Quantum quants hope their machines will boost profits by speeding up asset pricing, digging up better-performing portfolios and making machinelearning algorithms more accurate. A study by BBVA, a Spanish bank, concluded in July that quantum computers could boost credit-scoring, spot arbitrage opportunities and accelerate so-called "Monte Carlo" simulations, which are commonly used in finance to try to model the likely behaviour of markets. 马可皮斯托亚是摩根大通研究部门的负责人,曾在IBM工作多年,他表示,许多金融运算都可以归结为最优化问题,而这正是量子计算机的一个已知强项。有量子计算加持的量化投资机构希望通过加速资产定价、挖掘表现更好的投资组合、提高机器学习算法的准确性来提升利润。西班牙对外银行(BBVA)在7月完成的研究称量子计算机可以增强信用评分、发现套利机会并加速“蒙特卡罗模拟——金融业广泛使用这种模拟来预测市场动向。 词语解释 1.boil down to 归结为 Most of the crimes may boil down to a question of money. 大多数犯罪都可以归结为金钱问题。 2.be capable of 能够 For a robot itself to be capable of making moral judgments seems a more distant goal. 对于机器人自己,能够做出道德判断似乎是一个更遥远的目标。 原文章作者:可可英语,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-22
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  • 测量量子计算机的能力变得更快、更准确
    https://p3.toutiaoimg.com/large/tos-cn-i-qvj2lq49k0/308d6d36be264c509353d193319559cc 桑迪亚国家实验室已经为量子计算机设计了一种更快、更精确的测试方式,如上图所示。资料来源:桑迪亚国家实验室的Bret Latter 量子计算机和体育选秀状元有什么共同之处?这两家公司都吸引了许多人才的关注。量子计算机是一种可以比超级计算机更快地执行某些任务的实验机器,就像年轻的运动员一样,人们一直在评估它们有朝一日成为改变游戏规则的技术的潜力。 现在,科学家侦察人员有了他们的第一个工具,可以对一项前瞻性技术执行现实任务的能力进行排名,揭示其真正的潜力和局限性。 桑迪亚国家实验室设计了一种新的基准测试,可以预测量子处理器运行特定程序不出错的可能性有多大。 所谓的镜像电路方法,今天发表在《自然物理学》杂志上,比传统测试更快、更准确,帮助科学家开发的技术最有可能导致世界上第一个实用的量子计算机,这将大大加快医学、化学、物理的研究,农业和国家安全。 到目前为止,科学家们一直在测量随机操作的障碍赛表现。 但根据这项新研究,传统的基准测试低估了许多量子计算错误。这可能会导致人们对量子机器的强大或有用程度产生不切实际的期望。镜像电路提供了一种更精确的测试方法。 镜像电路是一种计算机程序,它执行一组计算,然后将其逆转。 计算机科学家Timothy Proctor是桑迪亚量子性能实验室的成员,参与了这项研究,他说:“在量子计算领域,只使用随机、无序的程序来衡量性能是一种标准做法,而我们的结果表明,这样做不是一件好事。” 新的测试方法也节省了时间,这将有助于研究人员评估日益复杂的机器。大多数基准测试通过在量子计算机和常规计算机上运行同一套指令来检查错误。如果没有错误,结果应该是匹配的。 然而,由于量子计算机执行某些计算的速度比传统计算机快得多,研究人员可以花很长时间等待普通计算机完成。 然而,使用镜像电路时,输出应该始终与输入相同,或者进行一些有意的修改。因此,科学家无需等待,可以立即检查量子计算机的结果。 新方法揭示了传统绩效评估的缺陷 Proctor和他的同事发现,随机测试忽略或低估了错误的复合效应。当一个错误变得更糟时,它会随着程序的运行而变得更糟,就像一个外接球员跑错了路线,随着比赛的进行,偏离了他们应该在的位置越来越远。 桑迪亚发现,通过模拟功能程序,最终结果往往比随机测试显示的差异更大。 普罗科特说:“我们的基准测试实验显示,当前量子计算机在结构化程序上的表现比以前所知的更加多变。” 镜像电路的方法也让科学家们对如何改进现有的量子计算机有了更深入的了解。 “通过将我们的方法应用到当前的量子计算机上,我们能够了解到很多关于这些特定设备所遭受的错误的信息——因为不同类型的错误对不同的程序有不同程度的影响,”Proctor说。“这是首次在许多量子位处理器中观察到这些效应。我们的方法是第一个大规模探测这些误差效应的工具。” 原文章作者:量子工程学习,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-21
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  • 76个光子100个模式的量子计算机“九章”,到底是个什么东西 ...
    12月4日,许多媒体报道了一个量子计算的大成果:中国科学技术大学的潘建伟、陆朝阳等人构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”,它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。也就是说,超级计算机需要一亿年完成的任务,“九章”只需一分钟。同时,“九章”也等效地比谷歌去年发布的53个超导比特量子计算机原型机“悬铃木”快一百亿倍。 然而,很多读者在惊叹这一重大科研成果的同时,却对其中的原理、成果的意义、量子计算机的应用前景不明就里,甚至有读者反映,“每个汉字都认识,但还是不懂”。为此,本报记者采访了相关专家,尝试揭开“九章”神秘的面纱,了解量子计算机的原理。 1 什么是量子计算机 “量子计算机是用量子力学原理制造的计算机,目前还处于很初步的阶段。相应的,现有的我们在用的计算机被称为经典计算机。”中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室副研究员袁岚峰一直致力于科普写作,他告诉记者,两者的计算形式不一样,“电脑通过电路的开和关进行计算,而量子计算机则是以量子的状态作为计算形式。” 我们日常使用的电脑,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,每个比特要么代表0,要么代表1,这些比特就是信息,然后再进行传输、运算与存储。正是因为这种0和1的“计算”过程,电脑才被称为“计算机”。 而量子计算,则是利用量子天然具备的叠加性,施展并行计算的能力。“量子力学允许一个物体同时处于多种状态,0和1同时存在,就意味着很多个任务可以同时完成,因此具有超越计算机的运算能力。”中科大教授陆朝阳说,每个量子比特,不仅可以表示0或1,还可以表示成0和1分别乘以一个系数再叠加,随着系数的不同,这个叠加的形式可能性会很多很多。 “目前的量子计算机使用的是如原子、离子、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,这次的‘九章’使用的是光子。”袁岚峰说。 袁岚峰告诉记者,量子计算机并不是对所有的问题都超过经典计算机,而是只对某些特定的问题超过经典计算机,因其对这些特定的问题设计出高效的量子算法。“对于没有量子算法的问题,例如最简单的加减乘除,量子计算机就没有任何优势。” 2 “九章”到底长什么样 在中国科学技术大学光量子实验室,记者见到了确立中国量子计算优越性的“九章”。 从外观上看,与其说它是计算机,倒不如说是一台敞开式的运算系统:实验桌上3平方米左右的格子里摆满了上千个部件,“这些都是量子计算机原型机的光路”,潘建伟研究组的苑震生教授说,“正是通过我国自主创新的量子光源、量子干涉、单光子探测器等,我们构建了76个光子的量子计算原型。” 另一张桌子上,摆放着“九章”的接收器。“如果你站在两张桌子之间,就意味着你置身于‘九章’之中”。 原来,神秘的“九章”就是一堆光路和接收装置。 袁岚峰告诉记者,光学是实现量子计算的一种手段,跟超导、离子阱、核磁共振等很多其他手段并列。“中国科技大学把光学这种手段带到了世界的中心,大大扩展了学术界对这种手段上限的估计,这是这项成果在技术上的重要意义。” 3 “九章”确立的“量子计算优越性”有多厉害 “九章”的成果,就是实现了量子计算优越性。“量子计算机在某个问题上超越现有的最强的经典计算机,被称为‘量子优越性’或者叫‘量子霸权’。” 袁岚峰随后解释说,“实际上,‘量子霸权’是一个科学术语,跟国际政治无关。它指的是量子计算机在某个问题上远远超过现有的计算机。” 基于量子的叠加性,许多量子科学家认为,量子计算机在特定任务上的计算能力将会远超任何一台经典计算机。2012年,美国物理学家John Preskill将其描述为“量子计算优越性”或称“量子霸权”。2019年,谷歌第一个宣布实现了量子优越性。他们用的量子计算机叫作“悬铃木”,处理的问题大致可以理解为:判断一个量子随机数发生器是不是真的随机。 “谷歌造出的‘悬铃木’包含53个量子比特的芯片,花了200秒对一个量子线路取样一百万次,而现有的最强的超级计算机完成同样的任务需要一万年。200秒对一万年,如果这是双方的最佳表现,那么确实是压倒性的优势。”袁岚峰说,“九章”跟“悬铃木”的区别,一是处理的问题不同,二是用来造量子计算机的物理体系不同。“九章”用的是光学,“悬铃木”用的是超导。“这两个没有孰优孰劣,只是不同的技术路线。” “‘九章’在同样的赛道上,比‘悬铃木’快一百亿倍,这就是等效速度,也意味着我国在量子计算上实现了‘量子霸权’”。袁岚峰进一步解释说,“九章”的成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的“第一方阵”地位。这是因为有“悬铃木”在前,“九章”毕竟是第二个,所以只是说中国跟美国相差不远。“而在量子通信方面,我们就不说什么‘第一方阵’了。因为那里没有方阵,中国明确是世界最先进的。” 4 何谓高斯玻色取样 所有的报道中都提到,“‘九章’处理‘高斯玻色取样’的速度比目前最快的超级计算机‘富岳’快一百万亿倍”。那么,什么是高斯玻色取样? “玻色取样是用来展示量子计算优越性的特定任务中的一项,一直被科学家寄予厚望。”袁岚峰说,“大致可以理解为,一个光路有很多个出口,问每一个出口有多少光出去。” 由于量子力学赋予了光子很多匪夷所思的性质,使得光子的不同路径之间,不但可以相互叠加,也可以相互抵消,具体结果视情况而定,非常复杂。“在面对这样的难题时,玻色取样装置就有了用武之地。由于它像计算机一样,能够在较高的精度上解决特定的数学问题,同时又应用了光子的量子力学特性,所以可以称作是一种‘光量子计算机’。”袁岚峰说。 此次,中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,成功研制出的“九章”,和之前的玻色取样机的主要区别,在于输入的光子状态,也就是对从前的“玻色取样”装置进行升级。“玻色取样机输入的是一个个独立的光子,而‘九章’输入的是一团团相互关联的量子光波。”袁岚峰说,因此,“九章”比经典计算机快很多倍,真正体现出了“量子计算优势”。 5 量子计算机要不要装系统 “量子计算机本身就是一套‘系统’。”中国科学技术大学林梅教授说,独立的光学组件提供了硬件,复杂的光路结构则决定了它的“算法”。“例如,以光子作为量子比特的量子计算机,需要能够产生光子的单光子源,能够改变光子状态、完成‘算法’的特定光路结构,还需要单光子探测器对光子的最终状态进行观测。” 据了解,对于量子计算机的控制,依旧需要通过普通电脑进行信息的输入和输出。工作人员需要在普通电脑上输入初始数据,数据在量子计算机控制系统中进行复杂的转换和运算,最后得到的结果会再传输回工作人员的普通电脑上。 6 量子计算机距离实用还有多远 量子计算机能不能处理有实用价值的问题?答案是:能。 “例如因数分解,量子计算机就是有快速算法的。因数分解的困难性是现在最常用的密码体系RSA的基础,所以量子计算机能快速进行因数分解,就意味着能快速破解密码。”袁岚峰说,“问题只是在于,现有的量子计算机只能分解很小的数,还不足以破解实用的密码。所以在实现量子优越性之后,下一个重要的目标就是针对一个有实用价值的问题,造出超越经典计算机的量子计算机。” “火车刚发明的时候,连马车的速度都赶不上;飞机刚发明的时候,只能在天上坚持飞1分钟;量子计算机刚发明的时候,计算过程也坚持不了几分钟。”袁岚峰说,量子计算发展到今天,我们研制出的“九章”不仅速度快、稳定性高,而且有着潜在应用价值。“不管量子计算机现在有多么初级,总有一天,它会像曾经的火车和飞机一样,一步一步向我们走来。也许将来,我们能够用光学实现真正强大的量子计算机,也就是可编程的、能处理很多有实用价值问题的量子计算机。” 7 科学界如何评价“九章” “九章”问世后,赢得科学界一致肯定,《科学》杂志审稿人认为,此项成果是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。 德国马普所所长、沃尔夫奖和富兰克林奖章得主Ignacio Cirac称,“总体来说,这是量子科技领域的一个重大突破,朝着研制比经典计算机具有量子优势的量子设备迈出了一大步。”奥地利科学院院长、沃尔夫奖得主、美国科学院院士Anton Zeilinger评价道,“这项工作成果很重要,因为潘建伟和他的同事证明,基于光子的量子计算机也可能实现‘量子计算优越性’。我预测很有可能有朝一日量子计算机会被广泛使用。甚至每个人都可以使用。” 美国麻省理工学院教授、美国青年科学家总统奖得主、斯隆奖得主Dirk Englund则称之为“一个划时代的成果”。他说,“这是开发中型量子计算机的里程碑。它表明,在复杂系统的前沿领域中,我们正处于非常特殊的时刻,复杂系统具有我们今天无法在计算机上预测的复杂性。因此,这是一项了不起的成就。” 加拿大卡尔加里大学教授、量子科学和技术研究所所长Barry Sanders说,“我认为这是一项杰出的工作,改变了当前的格局。我们一直努力证明量子信息处理可以战胜经典的信息处理。这个实验使经典计算机望尘莫及。我认为这是量子计算领域最重要的成果之一。这个实验不存在争论,毫无疑问,该实验取得的结果远远超出了传统机器的模拟能力。我想说的是,这个实验技术挑战非常巨大。为了获得此结果,他们必须解决许多非常困难的技术问题。仅仅在技术层面上,他们所取得的成就也令人印象深刻。这是人们梦寐以求的实验,他们做成了,让梦想走进现实。” 12月4日,许多媒体报道了一个量子计算的大成果:中国科学技术大学的潘建伟、陆朝阳等人构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”,它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。也就是说,超级计算机需要一亿年完成的任务,“九章”只需一分钟。同时,“九章”也等效地比谷歌去年发布的53个超导比特量子计算机原型机“悬铃木”快一百亿倍。 然而,很多读者在惊叹这一重大科研成果的同时,却对其中的原理、成果的意义、量子计算机的应用前景不明就里,甚至有读者反映,“每个汉字都认识,但还是不懂”。为此,本报记者采访了相关专家,尝试揭开“九章”神秘的面纱,了解量子计算机的原理。 1 什么是量子计算机 “量子计算机是用量子力学原理制造的计算机,目前还处于很初步的阶段。相应的,现有的我们在用的计算机被称为经典计算机。”中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室副研究员袁岚峰一直致力于科普写作,他告诉记者,两者的计算形式不一样,“电脑通过电路的开和关进行计算,而量子计算机则是以量子的状态作为计算形式。” 我们日常使用的电脑,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,每个比特要么代表0,要么代表1,这些比特就是信息,然后再进行传输、运算与存储。正是因为这种0和1的“计算”过程,电脑才被称为“计算机”。 而量子计算,则是利用量子天然具备的叠加性,施展并行计算的能力。“量子力学允许一个物体同时处于多种状态,0和1同时存在,就意味着很多个任务可以同时完成,因此具有超越计算机的运算能力。”中科大教授陆朝阳说,每个量子比特,不仅可以表示0或1,还可以表示成0和1分别乘以一个系数再叠加,随着系数的不同,这个叠加的形式可能性会很多很多。 “目前的量子计算机使用的是如原子、离子、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,这次的‘九章’使用的是光子。”袁岚峰说。 袁岚峰告诉记者,量子计算机并不是对所有的问题都超过经典计算机,而是只对某些特定的问题超过经典计算机,因其对这些特定的问题设计出高效的量子算法。“对于没有量子算法的问题,例如最简单的加减乘除,量子计算机就没有任何优势。” 2 “九章”到底长什么样 在中国科学技术大学光量子实验室,记者见到了确立中国量子计算优越性的“九章”。 从外观上看,与其说它是计算机,倒不如说是一台敞开式的运算系统:实验桌上3平方米左右的格子里摆满了上千个部件,“这些都是量子计算机原型机的光路”,潘建伟研究组的苑震生教授说,“正是通过我国自主创新的量子光源、量子干涉、单光子探测器等,我们构建了76个光子的量子计算原型。” 另一张桌子上,摆放着“九章”的接收器。“如果你站在两张桌子之间,就意味着你置身于‘九章’之中”。 原来,神秘的“九章”就是一堆光路和接收装置。 袁岚峰告诉记者,光学是实现量子计算的一种手段,跟超导、离子阱、核磁共振等很多其他手段并列。“中国科技大学把光学这种手段带到了世界的中心,大大扩展了学术界对这种手段上限的估计,这是这项成果在技术上的重要意义。” 3 “九章”确立的“量子计算优越性”有多厉害 “九章”的成果,就是实现了量子计算优越性。“量子计算机在某个问题上超越现有的最强的经典计算机,被称为‘量子优越性’或者叫‘量子霸权’。” 袁岚峰随后解释说,“实际上,‘量子霸权’是一个科学术语,跟国际政治无关。它指的是量子计算机在某个问题上远远超过现有的计算机。” 基于量子的叠加性,许多量子科学家认为,量子计算机在特定任务上的计算能力将会远超任何一台经典计算机。2012年,美国物理学家John Preskill将其描述为“量子计算优越性”或称“量子霸权”。2019年,谷歌第一个宣布实现了量子优越性。他们用的量子计算机叫作“悬铃木”,处理的问题大致可以理解为:判断一个量子随机数发生器是不是真的随机。 “谷歌造出的‘悬铃木’包含53个量子比特的芯片,花了200秒对一个量子线路取样一百万次,而现有的最强的超级计算机完成同样的任务需要一万年。200秒对一万年,如果这是双方的最佳表现,那么确实是压倒性的优势。”袁岚峰说,“九章”跟“悬铃木”的区别,一是处理的问题不同,二是用来造量子计算机的物理体系不同。“九章”用的是光学,“悬铃木”用的是超导。“这两个没有孰优孰劣,只是不同的技术路线。” “‘九章’在同样的赛道上,比‘悬铃木’快一百亿倍,这就是等效速度,也意味着我国在量子计算上实现了‘量子霸权’”。袁岚峰进一步解释说,“九章”的成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的“第一方阵”地位。这是因为有“悬铃木”在前,“九章”毕竟是第二个,所以只是说中国跟美国相差不远。“而在量子通信方面,我们就不说什么‘第一方阵’了。因为那里没有方阵,中国明确是世界最先进的。” 4 何谓高斯玻色取样 所有的报道中都提到,“‘九章’处理‘高斯玻色取样’的速度比目前最快的超级计算机‘富岳’快一百万亿倍”。那么,什么是高斯玻色取样? “玻色取样是用来展示量子计算优越性的特定任务中的一项,一直被科学家寄予厚望。”袁岚峰说,“大致可以理解为,一个光路有很多个出口,问每一个出口有多少光出去。” 由于量子力学赋予了光子很多匪夷所思的性质,使得光子的不同路径之间,不但可以相互叠加,也可以相互抵消,具体结果视情况而定,非常复杂。“在面对这样的难题时,玻色取样装置就有了用武之地。由于它像计算机一样,能够在较高的精度上解决特定的数学问题,同时又应用了光子的量子力学特性,所以可以称作是一种‘光量子计算机’。”袁岚峰说。 此次,中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,成功研制出的“九章”,和之前的玻色取样机的主要区别,在于输入的光子状态,也就是对从前的“玻色取样”装置进行升级。“玻色取样机输入的是一个个独立的光子,而‘九章’输入的是一团团相互关联的量子光波。”袁岚峰说,因此,“九章”比经典计算机快很多倍,真正体现出了“量子计算优势”。 5 量子计算机要不要装系统 “量子计算机本身就是一套‘系统’。”中国科学技术大学林梅教授说,独立的光学组件提供了硬件,复杂的光路结构则决定了它的“算法”。“例如,以光子作为量子比特的量子计算机,需要能够产生光子的单光子源,能够改变光子状态、完成‘算法’的特定光路结构,还需要单光子探测器对光子的最终状态进行观测。” 据了解,对于量子计算机的控制,依旧需要通过普通电脑进行信息的输入和输出。工作人员需要在普通电脑上输入初始数据,数据在量子计算机控制系统中进行复杂的转换和运算,最后得到的结果会再传输回工作人员的普通电脑上。 6 量子计算机距离实用还有多远 量子计算机能不能处理有实用价值的问题?答案是:能。 “例如因数分解,量子计算机就是有快速算法的。因数分解的困难性是现在最常用的密码体系RSA的基础,所以量子计算机能快速进行因数分解,就意味着能快速破解密码。”袁岚峰说,“问题只是在于,现有的量子计算机只能分解很小的数,还不足以破解实用的密码。所以在实现量子优越性之后,下一个重要的目标就是针对一个有实用价值的问题,造出超越经典计算机的量子计算机。” “火车刚发明的时候,连马车的速度都赶不上;飞机刚发明的时候,只能在天上坚持飞1分钟;量子计算机刚发明的时候,计算过程也坚持不了几分钟。”袁岚峰说,量子计算发展到今天,我们研制出的“九章”不仅速度快、稳定性高,而且有着潜在应用价值。“不管量子计算机现在有多么初级,总有一天,它会像曾经的火车和飞机一样,一步一步向我们走来。也许将来,我们能够用光学实现真正强大的量子计算机,也就是可编程的、能处理很多有实用价值问题的量子计算机。” 7 科学界如何评价“九章” “九章”问世后,赢得科学界一致肯定,《科学》杂志审稿人认为,此项成果是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。 德国马普所所长、沃尔夫奖和富兰克林奖章得主Ignacio Cirac称,“总体来说,这是量子科技领域的一个重大突破,朝着研制比经典计算机具有量子优势的量子设备迈出了一大步。”奥地利科学院院长、沃尔夫奖得主、美国科学院院士Anton Zeilinger评价道,“这项工作成果很重要,因为潘建伟和他的同事证明,基于光子的量子计算机也可能实现‘量子计算优越性’。我预测很有可能有朝一日量子计算机会被广泛使用。甚至每个人都可以使用。” 美国麻省理工学院教授、美国青年科学家总统奖得主、斯隆奖得主Dirk Englund则称之为“一个划时代的成果”。他说,“这是开发中型量子计算机的里程碑。它表明,在复杂系统的前沿领域中,我们正处于非常特殊的时刻,复杂系统具有我们今天无法在计算机上预测的复杂性。因此,这是一项了不起的成就。” 加拿大卡尔加里大学教授、量子科学和技术研究所所长Barry Sanders说,“我认为这是一项杰出的工作,改变了当前的格局。我们一直努力证明量子信息处理可以战胜经典的信息处理。这个实验使经典计算机望尘莫及。我认为这是量子计算领域最重要的成果之一。这个实验不存在争论,毫无疑问,该实验取得的结果远远超出了传统机器的模拟能力。我想说的是,这个实验技术挑战非常巨大。为了获得此结果,他们必须解决许多非常困难的技术问题。仅仅在技术层面上,他们所取得的成就也令人印象深刻。这是人们梦寐以求的实验,他们做成了,让梦想走进现实。” 原文章作者:千龙科技,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-21
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  • 美国斯坦福大学教授张首晟终于讲清楚了:量子计算、人工 ...
    3月25日,2018中国(深圳)IT领袖峰会在深圳五洲宾馆召开。美国斯坦福大学物理系讲座教授张首晟在峰会上做主题演讲,题目为“量子计算、人工智能与区块链”。 http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20180326/7133a3f4e9594b949b45d332eb4db27b.jpeg 谈到量子计算,张首晟表示,量子计算机成为了全球科技公司都特别关注的一个领域,谷歌、微软、IBM等都在做投资。 但张首晟认为,目前行业存在一个难点:一个量子比特非常不稳定,比如说50个量子比特中,有用的比特到底是多少?如果只有一个有用的比特,往往在这种量子计算的框架下需要10个、20个甚至40个、50个纠错的比特来为它服务,这样使得量子计算很难真正实现。 张首晟称,天使粒子的发现,从根本上解决了这个问题,并不是说把量子比特做的越多越好,而是要让量子比特本身自带纠错的能力,即把一个通常的量子比特能够拆分成两个天使粒子。 张首晟强调,如果能够用天使粒子做量子计算机的话,这可能会对量子计算真正实现突飞猛进的发展。 谈到人工智能,张首晟称,整个人工智能虽然有突飞猛进的改变,但还处在非常早期的阶段,今后的前景还是非常广阔。 张首晟表示,现在人工智能是在简单模仿人的神经原,但是更应该思考的是在这里面有基础科学重大突破的机会,就是真正去理解智慧和智能的基本的原理、基本的数学原理,这样可以使人工智能突飞猛进地变化。 谈到当下最火爆的区块链,张首晟认为,区块链能够产生一个数据市场,自己心中理想的未来世界是每人拥有自己所有的数据,这是完全一种去中心化的储存,这样的话黑客也不可能去黑每个人的个人数据。然后用一些加密的算法,在区块链上面真正能够达到又保护个人的隐私,又能够做出非常良好的计算。 张首晟强调,有了区块链之后,这个数据市场的产生也真正能够使得社会变得更加公平。 来源:腾讯网 以下为演讲速记实录: 谢谢大家的关注,在下午来听我的分享,今天大会是IT领袖峰会,所以我想讲的三个题目是量子计算、人工智能与区块链,我认为这是在整个IT行业中基础科技里最重要的三个模块。我一开始先讲量子计算,跟大家分享一个科学发现的故事。 很多比较有意思的科学发现都跟哲学观念的改变有所关联,最根深蒂固的哲学观念就是中华民族的古老哲学上已经体现出来,好像世界是从来都是正负对立的世界观,有正数必有负数,有存款必有贷款,有阴必有阳,有善必有恶,有天使必有魔鬼。所以这种对立的世界观在基本粒子的物理世界里面也有一种呈现。曾经有一位非常伟大的理论物理学家狄拉克,他跟爱因斯坦、杨振宁是我认为20世纪做出最伟大贡献的三位物理学家,他把爱因斯坦的狭义相对论和量子力学统一起来,在统一的过程中他要做一个非常简单的数学运算,就是开一个根号。在开根号的时候始终会出现正负两个解,一般人可能只关心正解,不关心负解。但是狄拉克很聪明,他把负解解释成所有的粒子必然有反粒子。这些本来是负能的解,大家觉得非常奇怪,为什么粒子可能有负能,他就把负能的解释为所有的基本粒子有粒子必然有反粒子。他当时这个是非常惊人的预言,1928年的时候并没有发现有反粒子的现象,大家都对他提出非常大的质疑,说他这个方程肯定不对,在世界上肯定没有看到反粒子。他说我的方程实在是太美了,你们继续去寻找。过了5年,他也是非常幸运,果然在宇宙辐射的射线里面,大家找到了电子的反粒子,就是正粒子,命名为狄拉克海。从此之后基本粒子物理了有质子找到了反质子,有中子也找到了反中子。比如正电子对生活当中医疗领域里面已经有广泛的应用,有一种医疗测试叫PET,就是用正电子的产生,和正电子和负电子可以成像,比如我们要测阿兹海默症,最好的办法就是做PET。 最近好莱坞对科学前沿发展非常感兴趣,所以有些好莱坞大片都是跟科学发现有关。大家可能都看过一个电影叫《达芬奇密码》,有一个系列片叫《天使与魔鬼》,讲的就是有天使必然有魔鬼,有粒子必然有反粒子。恐怖分子到欧洲的实验加速器里面偷出来一百万分之一克的反粒子就可以做成炸弹,它的威力相当于4吨TNT的威力,这是人类能量储存密度最高的办法。 但是科学的发展,今天中国对科学发展非常关心,可能大家会问我科学发展最大的驱动力是什么?我会毫无疑问地回答这是一种好奇心的驱动。这些理论物理学家,像牛顿就是在苹果树底下哪一天苹果掉下来激发了他的灵感,万有引力就发现了。爱因斯坦在坐电梯的时候感觉到电梯的上下和引力的作用非常相似,由此创造了伟大的广义相对论。当时狄拉克成为非常有名的理论物理学家,并且大家都非常坚信在世界上有粒子,必然有反粒子。但是出来另外一位理论物理学家他完全出于好奇心,他问世界上会不会有一些粒子并没有反粒子?他果然有找到了一个方程,现在叫Majorana方程,这个方程也是奇妙地描写了有一种粒子没有反粒子,或者它自己就是自己的反粒子。他的文章发表之后没人理他,因为所有的反粒子都找到了,所以他没有像狄拉克那么幸运,他也感到自己的人生非常失落,在意大利的一个港口城市上了渡轮,本来想去西西里岛,但是他从来没有下过。这个就成了整个物理学的两个大迷,一个是粒子有没有存在,我们称它为Majorana费米子,它是没有反粒子,只有它自己一种或者它自己就是自己的反粒子。另外就是Majorana本人也是非常大的迷,他好像泄露天机之后就被天使叫去了。 在整个物理学界有一个梦寐以求的名单,大家都想梦寐以求地寻找,大家可能听说过有一个粒子叫上帝粒子,2012年在欧洲的加速器被找到,预言它的那位物理学家希格斯也得了诺奖。我们前年找到了引力波,也是爱因斯坦100年前预言的现象。另外我们也想找磁单级等。在这份梦寐以求的名单中,Majorana费米子的确是大家梦寐以求的名单,但整整找了80年。 我是做理论工作的,我现在经常要接待很多国内的访问团来到斯坦福大学,都说张教授我想参观一下你的实验室,我会告诉大家我的实验室就是一张纸和一根笔,但是我非常自豪。理论物理学家会作出预言,让实验物理学家来测试。我的实验小组在2010年的时候就预言了在哪个系统里面会找到这样一个神奇的粒子,我们预言在这么一个组合型的器件里面可以找到Majorana费米子。就是找到也没有用,就是系统有也不是完全有用,一定要告诉我们怎样是一个信号真正说明这种神奇粒子的存在。任何一个例子,没有人可以肉眼观测到,我们总是要找到一个信号,什么信号能够证明这种粒子的存在,也要进一步的灵感。 有一天,我想既然基本的粒子有两种,有正面有反面,就像硬币有正面有反面,但是Majorana粒子只有一面,没有反面,所以在某种意义上它是通常粒子的一半。但是通常粒子在电导是台阶性的量子化,要不是0,要不是1,要不是2等等。所以我们理论小组做了大胆的预言,既然Majorana粒子跟通常粒子不一样,所以在某种意义上它只是通常粒子的一半。所以它的电导率,通常的粒子电导率是0、1、2、3整数倍的,它必然会导致半整数倍的电导台阶。大家在这个图上可以看到,通常有0和1,这是我们一张理论预言的图,它会有0.5或1/2的台阶。 后来我们理论小组就和实验小组做了一个紧密的合作,实验小组来自UCLA、UC DavisUC Irvine,他们就做了这么一个实验观察,的确在0.5的地方,大家可以看到的确是实验的原始图案,在0.5的地方出现了台阶,铁证如山地证明了Majorana粒米子的存在。 在这个激动人心的时刻,去年7月份的时候,我们准备向全世界宣布这个激动人心的发现,我又来了一个灵感,想到当时有天使必然有魔鬼,好像我们找到了一个世界只有天使没有魔鬼,只有正没有负,所以我们取名为“天使粒子”,大家非常喜欢这个名字。两周以前,在美国物理学会召开了一个每年最大的会议,邀请我作一个主题报告,就是在引力波发现的第二个我作了“天使粒子”发现的报告,差不多有好几千人参加,大家觉得是物理学里面非常振奋人心的发现。 但是这跟IT峰会有什么关系?IT峰会最关心的是计算机,计算机已经分成两类了,有经典计算机和量子计算机。有些问题经典计算机就很容易解决,比如把两个大的数乘起来,经典计算机可以算得很快。但是一个数看能不能拆成另外两个数的乘积,比如15可以写成3乘以5,这个数比较小的话你自己也可以算出来。但是给你一个很大的数,经典的计算机要算这个数到底是不是两个数的乘积需要花很长的时间,因为它用的算法是穷举法,把所有可能被除的数一个个除过来,最后才能确认这到底是不是两个数的乘积,经典计算机算起来非常慢。今天人工智能要做的事情,整个人类所有计算的事情最终能转化为优化的问题,很多的可能性,我们要找到最佳的可能性,经典计算机只能用穷举法,最后才算出一个答案。但是量子世界是非常神奇的世界,是平行的世界。比如一个著名的试验,如果我放出一个粒子,比如光子,它有两个孔,要不是左边,要不是右边。比如我打一个炮弹过去的话,要不就是从左边穿过,要不就是从右边穿过,不可能同一个时间既穿过左边,又穿过右边。但是量子世界有一种本真的平行在里面,一个基本粒子在某一个瞬间同时穿过了两个孔,只有这种行为才能解释在后面形成的干扰条纹。假定要么是左,要么是右的话,看起来的图像就不是这个显示的图像。量子的世界本身就是平行的。如果用量子世界来做计算的话就能够秒算,把所有的可能性一下子算出来,因为量子世界有它本真的平行性,这是量子计算最基本的概念。 但是要真正造出这个量子计算机是非常困难的,比如最基本的单位,经典计算机最基本的单位是比特,就是信息要不是0就是1,用0、1就能够表达所有的信息,这是经典计算机的概念。但是在量子世界里面,一个粒子同时穿过左孔,又穿过右孔,处在某一种叠加的状态。一个量子比特讲不请是0还是1,它是处在0和1叠加的状态里面。大家听一个比喻,薛定谔猫就处在死和活的叠加状态里面。这是一种非常奇妙的现象。但是由于这种基本的现象,说明一个量子的比特本身是不太稳定的,你去观察一下周围就知道它要不就是在左边,要不就是在右边,要不是0,要不就是1,任何一个噪声就会对量子比特产生很大的干扰。 最近量子计算机成为全球和美国著名公司特别关注的,谷歌也在这方面做投资,微软也在做投资,IBM也在做投资,因特尔也在做投资,但是根本上不能解决这个问题,一个量子比特是非常不稳定的,如果哪天告诉我们做了50量子比特,但是关键的问题是有用的比特是多少,如果只有一个有用的比特,往往在这种量子计算的框架下需要10个、20个甚至40个、50个纠错的比特来为它服务,使得量子计算很难真正实现。但是天使粒子的发现根本改变了,这是量变到质变的过程,并不是把量子比特做得越多越好,量子比特本身自带纠错的能力,就是我把通常一个量子比特能够拆分成两个天使粒子的。我刚才一直在讲基本的概念,通常的粒子有两面,天使粒子只有一面,所以天使粒子通常只相当于一个粒子的一半。所以通常一个量子比特就可以用两个天使粒子来储存它。一旦用了两个粒子储存它,它们在遥远的地方,它们相互是有纠缠的。但是在经典世界里面的噪音,它们相互之间是没有纠缠的,这样的话就没法用噪声来破坏由天使粒子所储存的量子,所以这是一个革命性的改变。所以我在两周之前在美国物理学会作的演讲,首先天使粒子的发现是激动人心的发现,但是用量子做量子计算机是多少比特就多少比特,不用附加纠错的比特,自带纠错功能,这会对量子计算达到突飞猛进的发现。 我接下来跟大家分享一下人工智能,人工智能也是一个基本概念,60年代就已经提出来。之所以今天人工智能能够有突飞猛进的发展,主要是三个大的潮流的汇总。根据摩尔定律的迭代,每过18个月能够翻倍,如果用量子计算的话,不只是按摩尔定律18个月翻倍,而是完全从量变到质变的,我们的计算能力在不断增长,和过去40年差不多。另外互联网和物联网的产生,造成大量的大数据,大数据又是帮机器能够真正学习,再好的算法,再powerful的计算机没有数据的话不能达成最佳的人工智能,另外也有智能算法的发现,并且有突飞猛进的变化。 但是整个人工智能,大家虽然看到它突飞猛进在改变,但是我觉得还是处在非常早期,它今后的前景还是非常广阔。为什么这么讲呢?做一个简单的类比,比如我们曾经看到鸟飞,人也非常想飞,但是早期学习飞行只是简单的仿生,我们在自己的手臂上绑上翅膀。但这是简单的仿生,但真正达到飞行的境界是由于我们理解了飞行的第一性原理就是空气动力学,有了数学原理和数学方程之后就可以人为设计最佳的飞行,就是现在的飞机飞得又高又快又好,但是并不像鸟,这是非常核心的一点。可能现在人工智能是在简单地模仿人的神经元,但是我们更应该思考的,在这里面有一个基础科学重大突破的机会,就是我们真正去理解那个智慧和智能的基本原理,基本的数学原理,这样真正能够使人工智能有突飞猛进的变化。 另外大家经常问的到底用什么样的判据能够真正衡量人工智能达到人的标准?大家可能听说过图灵测试,图灵测试是说人跟机器对话,但是我们不知道大在背面到底是人还是机器。整个对话的过程中,你如果花了一天的时间根本感觉不出来,那就是说机器人好像已经达到人的水平。我是不太赞同,虽然图灵是一个伟大的计算机科学家,但是我并不赞同这个判决。人也是进化的过程,人的很多情感并不是理性的情感,要让一个理性的机器学一个非理性的人的大脑可能并不是那么容易,比如你可能故意激怒机器人的话,说不定它也不怎么会理你。 所以我想提出一个新的判据,机器怎么说哪一天真正超越人的智力?人最伟大的一点就是我们能够做科学的发现,最好的判据就是哪一天机器人真能够做科学的发现,人更好地知道科学发现,那一天机器就超过人了。 最近我在人工智能里面写了一篇文章,将会在美国的科学院杂志上发表,题目叫“Atom2Vec”,人类最伟大的科学发现之一,有相对论、量子力学,在化学里面最伟大的发现就是元素周期表的发现。今天的机器假定我们根本不知道元素周期表这件事情,今天的机器在没有任何辅导的情况下,他自己能不能自动发现元素周期表?我们输入的就是所有存在的科学元素的名字,把这些化合物的名字输入这个算法里面,结果这个机器自然地发现了元素周期表,它可以做出人类认为最伟大的科学发现。然后我们这个程序可以帮助我们发现新药,也可以用机器学习的办法发现新的材料。 接下来我会再跟大家分享我最后一个题目区块链,人工智能在突飞猛进发展,但是人工智能最缺少的是数据,恰恰今天数据是处在完全中心垄断的状态里面,不能帮助机器合理地学习。大家听说在一个星期之前Facebook很多个人的数据被盗一样,至少在没有被允许下就用。在今天的世界个人会产生出很多的数据,个人的基因数据、医疗数据、教育数据、行为数据等。但是很多这些数据都是掌握在中心机构里面,没有达到真正的去中心化。但是区块链的产生就是能够产生一个数据市场。所以我理想的世界,未来每人拥有自己所有的数据,这是完全去中心化的储存,这样黑客也不可能黑每个人的数据。然后用一些加密的算法在区块链上真正能够达到既保护个人的隐私,又能够做出良好的计算。 所以我把今后区块链的整个理念用一句话来描写,叫“In Math we trust”,我们的信念建筑在数学上。这张表大家应该记得,我看到很多人在照相,某一天它肯定会为整个区块链和整个IT领域里面最基础的,它既是最基础的数学,又是能导致数据市场里面保护个人隐私,又能够做出合理的统计性的计算。比如有一种非常神奇的计算方法叫零知识证明,它能够向你证明我的数据是非常有价值的,但是又不告诉你真正隐私的数据在哪。 我今天报告的题目主要是有一个核心的理念,就是要使得IT真正能够发展,既需要物理学,又需要数学。深圳在应用方面做得不错,但是由于大学还不是在全世界范围里面最领先的大学,但是我建议最核心的投资,这一类的数学和物理,跟IT领域真正有紧密的联系。 有了区块链之后,这个数据市场的产生,我们也真正能够使得社会变得更加公平,我们现在社会最大的不公平是我们容易歧视一些少数派。但是在机器学习的过程中最需要的就是那些少数派所拥有的数据。如果今天机器学习的精准率达到90%了,我要使90%达到99%,它需要的不是已经学过的数据,而是跟以前最不一样的数据。往往是少数派拥有的数据对机器学习来讲是最有价值的。一旦我们建筑在区块链的基础上,再加上这些奇妙的数学算法之后,我们就能够真正达到数据市场,在这个数据市场里面,这些少数派所拥有的数据是最可贵的。这样的话我们真正能够把一个丑小鸭变成一个美天鹅,因为丑小鸭并不是丑,只是跟别人不一样而已,在这个世界里面真正达成区块链和人工智能互相共存的世界理念,它们是会最有价值的。 整个区块链,大家对它的认识还不是最根本的第一性原理的认识。用最基本的物理学原理来讲,达到共识就是大家都同意同一个账本,就相当于在物理学里面,比如磁铁本来是杂乱无章的,但是到了铁磁态里面它们指向的方向都是同一样的。所以达到共识在自然世界里面有,在今天的人文世界里面也有。但这种现象是叫熵减的现象,达到共识,大家都朝一个方向的话,这个状态的熵是远远比杂乱无章的熵要小。达到这个共识是非常难的,因为熵总是在增的,今天你要把它减是很难的事情。在区块链上能达到一个共识系统都是用一种算法,在这上面是需要消耗能量。大家可能一开始不太理解为什么这件事情听起来不合理,一些账户为什么要耗费能量。从物理学第二定理来讲,这是非常合理的一件事情,因为达到共识本身是熵减,但整个世界的熵一定要增加,所以在达到共识的同时一定要把另外一些熵排除出去。这种没有中心化的机制跟自然世界里面磁铁从杂乱无章的状态达到有序的铁磁状态非常相像,这付出的代价也是必然的趋势。 我在这里跟大家分享,我除了做斯坦福大学教授之外,也是丹华资本创办人,我们主要的核心理念就是要把今天最前沿的科技和投资要紧密联系起来,要用第一性原理的思维方式来理解今天的世界。 我另外想讲的是我是来自学界,我们在整个人工智能领域里面需要做两个大的桥梁,一个是要学界和产业界做紧密的联系,在学界有最好的物理、最好的数学和算法的发现和发明。在今年1月8日,我非常荣幸在人民代表大会堂受到习总书记给我授予的中华人民共和国国际科技合作奖。我们整个世界科学是最无止境、最没有国界的,科学能真正把人类带到超越国界的,今天我们所要解决的人工智能、量子计算都是整个人类的问题。所以我们一定要把我们的眼光不要放在自己的局部,而是放眼整个全球和整个世界。在这个过程中,中国也是一个非常大的机遇,大家都想回答的问题,我们中国除了把应用科技做得好,能不能在中国有真正原创科技的产生。我今天跟大家介绍的这些都是最基本的物理和最基本的数学原理,我们这方面能够做好的话,而且这些原理听起来比较抽象,比如熵增原理,正负电子。但是在最基本的层次上,这是我们今天这个世界的奇妙,它真正能够给整个IT行业提供最基本的科学技术发展的前景。谢谢大家。 原文章作者:AI互联网思想,转载或内容合作请点击 转载说明 ,违规转载法律必究。寻求报道,请 点击这里 。
    发表于2021-12-20
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