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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。
  • 本源量子计算全物理体系学习机全英文版正式上线
    中新网合肥8月24日电 (张俊 张梦怡 杨夏)记者24日从合肥本源量子计算科技有限责任公司获悉,由该公司科研团队开发的本源量子计算全物理体系学习机全英文版正式上线。 此次上线的国际版量子计算全物理体系学习机拥有超导、半导体、离子阱三种国际主流量子计算物理体系量子计算虚拟实验室,是国际市场上首个中英双语版本的国际化量子计算学习机。 据本源量子总经理张辉介绍,该款学习机融合了量子语言QRunes和量子计算编程框架QPanda,支持全振幅量子虚拟机、单振幅量子虚拟机、部分振幅量子虚拟机、含噪声量子虚拟机计算。搭配专用的GUI&量子语言编程平台,辅以生动形象的对话式交流微课堂,以简单易懂的方式,向用户介绍量子计算知识点。 张辉表示,当前国际上非常重视量子计算推广和用户习惯的养成。像发展经典计算机一样,量子计算的发展应从量子计算的硬件、操作系统、软件开发包、语言开发包,到云平台的整个生态系统去推进,现在上线的双语版本正是助力培养用户的使用习惯,建立量子计算软件生态圈。 张辉表示,随着国际量子计算技术竞争日益激烈,各国对量子计算人才的需求越来越多。根据调查显示,中国国内从事量子计算研发的专业人员也不过百余人,人才更是紧缺。为了培养更多量子计算人才,本源量子已推出中国首个量子计算在线教育平台本源溯知、首部专业的量子计算与编程教材《量子计算与编程入门》、本源量子计算全物理体系学习机,并建立了中国首个量子计算教育科普基地。 本源量子团队技术起源于中科院量子信息重点实验室,以量子计算机的研发、推广和应用为核心。该团队已先后研发出中国首个自主研发的超导量子计算机本源悟源、中国首款量子计算机操作系统本源司南、中国首个量子计算云平台等。(完) 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2021-8-25
    最后回复 吟肫 2021-8-25 10:00
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  • 【中安在线】全球首个中英双语版本的国际化量子计算学习机上线
    近日,由本源量子团队开发的本源量子计算全物理体系学习机(以下简称:本源量子学习机)全英文版正式上线。本源量子学习机是目前唯一能提供超导体、半导体和离子阱三种主流量子计算物理体系虚拟实验室、直接面向全球用户的、世界首个双语版量子计算学习系统。 此次上线的国际版量子计算全物理体系学习机拥有超导、半导体、离子阱三种国际主流量子计算物理体系量子计算虚拟实验室,是国际市场上首个中英双语版本的国际化量子计算学习机,也是本源量子在人才教育上迈向国际市场的第一步。自此,面向全球用户,让外国人通过量子学习机来学习中国制造的量子计算软件。 该款学习机融合了国内第一套量子语言QRunes和国内首款量子计算编程框架QPanda,支持全振幅量子虚拟机、单振幅量子虚拟机、部分振幅量子虚拟机、含噪声量子虚拟机计算。搭配专用的GUI & 量子语言编程平台,辅以生动形象的对话式交流微课堂,以简单易懂的方式,向用户介绍量子计算知识点。 据介绍,当前国际上非常重视量子计算推广和用户习惯的养成,谷歌和IBM已经开展了很多在线量子编程教育、推广工作,也有非常多的初创公司参与量子软件尤其是量子应用软件的开发,他们已经形成了与传统软件一样成体系的发展模式。这在一定程度上,影响我国量子计算软件市场在国内外的被接受程度。 今年初,本源量子率先发布国产量子计算机操作系统——本源司南,它可助力量子计算机高效稳定运行,这一系统是国产自主研发、能够代表中国的首个量子计算机操作系统。目前该系统的双语版已布署到量子计算云平台,供全球用户使用。在用户层面,本源有对标国际同类产品的国产量子软件,同样上线到云平台,供全球用户开发使用。 本源量子先后推出国内首个量子计算在线教育平台——本源溯知、国内首部专业的量子计算与编程教材《量子计算与编程入门》,并在2020年8月建立了中国首个量子计算教育科普基地——本源量子计算体验中心,同期发布一代本源量子计算全物理体系学习机,希望助力我国乃至全球量子计算行业教育发展与人才培养进程。 本源量子在软件开发上与硬件一样,都是全栈式开发。从量子计算编程框架,量子编程语言,量子编译器,量子编程语言,量子集成开发环境(IDE),再到量子应用软件(包括金融、化学、生物医药等):期权定价、ChemiQ、Var计算等,本源量子均坚持是自主开发。(张梦怡 杨夏 记者 苏艺) 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2021-8-25
    最后回复 迅煜框 2021-8-25 08:36
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  • 半导体层中的一种特殊物质状态可推动量子计算的发展
    在一项有助于量子计算的研究中,研究人员表明嵌入纳米点的超晶格可能不会向环境中耗散能量。世界各地的科学家们正在为量子计算机开发新的硬件,这种新型设备可以加速药物设计、金融建模和天气预测。这些计算机依赖于量子比特(qubits),即可以同时代表 1 和 0 的某种组合的物质比特。 http://i1.go2yd.com/image.php?url=0WylJ6gfa0 问题是,量子比特是变化无常的,当与周围物质相互作用时,会退化成普通比特。但麻省理工学院的新研究提出了一种保护其状态的方法,使用一种叫做多体定位(MBL)的现象。 MBL 是几十年前提出的物质的一个特殊阶段,它与固体或液体不同。通常情况下,物质会与它的环境达到热平衡。这就是为什么汤会冷却,冰块会融化。但在 MBL 中,由许多强相互作用的物体组成,如原子,永远不会达到这种平衡。 热,像声音一样,由集体的原子振动组成,可以以波的形式传播;一个物体内部总是有这样的热波。但是当它的原子排列方式有足够的无序和足够的相互作用时,这些波就会被困住,从而使物体无法达到平衡。 MBL已经在"光学晶格"中得到了证明,即在非常低的温度下用激光固定的原子排列。但这种设置是不切实际的。MBL也可以说是在固体系统中展示的,但只是在非常缓慢的时间动态中,在这种情况下,相的存在很难被证明,因为如果研究人员能够等待足够长的时间,就可能达到平衡。麻省理工学院的研究在一个由半导体构成的“solid-state”系统中发现了 MLB 的迹象,该系统在被观察的时间内就会达到平衡状态。 虽然没有参与到本项工作中,但是科罗拉多大学博尔德分校的物理学家 Rahul Nandkishore 说:“这可能为量子动力学的研究开启一个新的篇章”。 麻省理工学院Norman C Rasmussen核科学与工程助理教授Mingda Li领导了这项新研究,发表在最近一期的《纳米通讯》上。研究人员建立了一个包含交替半导体层的系统,创造了一个微观的千层饼--砷化铝,然后是砷化镓,以此类推,共有600层,每层厚度为 3 纳米(百万分之一毫米)厚。 在这些层之间,他们分散了"纳米点",即 2 纳米的砷化铒颗粒,以创造 disorder。千层饼或"超晶格"有三种配方:一种没有纳米点,一种是纳米点覆盖每层面积的8%,还有一种是纳米点覆盖25%。 为了测量这些无序系统是否依旧保持平衡,研究人员用X射线对其进行了测量。利用阿贡国家实验室的高级光子源,他们以超过2万电子伏特的能量射出辐射束,并以小于千分之一电子伏特的能量分辨率来解决传入的X射线和其从样品表面反射后的能量差异。为了避免穿透超晶格并击中底层基质,他们以与平行线仅半度的角度进行拍摄。 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2021-8-25
    最后回复 贰内鹅 2021-8-25 00:38
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  • 强势上线!让外国人习惯中国自主研发量子计算软件
    近日,由本源量子团队开发的本源量子计算全物理体系学习机(以下简称:本源量子学习机)全英文版正式上线。本源量子学习机是目前唯一能提供超导体、半导体和离子阱三种主流量子计算物理体系虚拟实验室、直接面向全球用户的、世界首个双语版量子计算学习系统。 世界首款双语版量子计算学习机有多牛? 此次上线的国际版量子计算全物理体系学习机拥有超导、半导体、离子阱三种国际主流量子计算物理体系量子计算虚拟实验室,是国际市场上首个中英双语版本的国际化量子计算学习机,也是本源量子在人才教育上迈向国际市场的第一步。自此,面向全球用户,让外国人通过量子学习机来学习中国制造的量子计算软件! 该款学习机融合了国内第一套量子语言QRunes和国内首款量子计算编程框架QPanda,支持全振幅量子虚拟机、单振幅量子虚拟机、部分振幅量子虚拟机、含噪声量子虚拟机计算。搭配专用的GUI & 量子语言编程平台,辅以生动形象的对话式交流微课堂,以简单易懂的方式,向用户介绍量子计算知识点。 用软件培养用户习惯有多重要? 用户习惯的培养有多重要?举个例子。现在坐在电脑前的你正用着Windows系统,用着各种计算机的软件,如果让你换成苹果电脑的系统,你可能会很不习惯;现在拿着苹果手机的你,如果让你换成安卓手机,你也会觉得哪里不太对劲,就连手指的联动性都会变得不那么连贯。这些都基于你接触计算机时就已经被培养形成的习惯。 那么问题来了!量子计算机的用户习惯培养是否也是如此呢?答案是肯定的。 像发展经典计算机一样,量子计算的发展应从量子计算的硬件、操作系统、软件开发包、语言开发包,到云平台的整个生态系统去推进。当前国际上非常重视量子计算推广和用户习惯的养成,谷歌和IBM已经开展了很多在线量子编程教育、推广工作,也有非常多的初创公司参与量子软件尤其是量子应用软件的开发,他们已经形成了与传统软件一样成体系的发展模式。这在一定程度上,影响我国量子计算软件市场在国内外的被接受程度。 艰难却非常重要,必须坚持去做。本源量子不断尝试推广自主研发的量子计算标准、量子计算机操作系统、根目录软件,现在上线的双语版本正是助力培养用户的使用习惯,建立量子计算软件生态圈。 今年初,本源量子率先发布国产量子计算机操作系统——本源司南,它可助力量子计算机高效稳定运行,这一系统是国产自主研发、能够代表中国的首个量子计算机操作系统。目前该系统的双语版已布署到量子计算云平台,供全球用户使用。在用户层面,本源有对标国际同类产品的国产量子软件,同样上线到云平台,供全球用户开发使用。 布局量子计算教育有多紧迫? 随着国际量子计算技术竞争日益激烈,各国对量子计算人才的需求越来越多。根据调查显示,国内从事量子计算研发的专业人员也不过百余人,人才更是紧缺。而本源量子上线的双语版本学习机软件系统也正是为量子计算教育打下良好的基础。 本源量子作为中国量子计算行业的先行者,在2018年就前置布局量子计算教育事业,先后推出国内首个量子计算在线教育平台——本源溯知、国内首部专业的量子计算与编程教材《量子计算与编程入门》,并在2020年8月建立了中国首个量子计算教育科普基地——本源量子计算体验中心,同期发布一代本源量子计算全物理体系学习机,希望凭借自己的一份力去助力我国乃至全球量子计算行业教育发展与人才培养进程。 量子计算人才的培养是重中之重,未来也希望更多专业人才加入本源量子,一同为量子计算贡献中国力量。 (张梦怡 杨夏) 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2021-8-24
    最后回复 值蓊 2021-8-24 15:21
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  • 首次出海!中国量子计算软件能进入国际市场吗?
    近日,由本源量子团队开发的本源量子计算全物理体系学习机(以下简称:本源量子学习机)全英文版正式上线。本源量子学习机是目前唯一能提供超导体、半导体和离子阱三种主流量子计算物理体系虚拟实验室、直接面向全球用户的、世界首个双语版量子计算学习系统。 英文版主页(图片来源于本源量子学习机) 英文版:http://www.originqc.com.cn/en/website/learnMachineIntroduce.html 此次上线的国际版量子计算全物理体系学习机拥有超导、半导体、离子阱三种国际主流量子计算物理体系量子计算虚拟实验室,是国际市场上首个中英双语版本的国际化量子计算学习机,也是本源量子在人才教育上迈向国际市场的第一步。自此,面向全球用户,让外国人通过量子学习机来学习中国制造的量子计算软件! 该款学习机融合了国内第一套量子语言QRunes和国内首款量子计算编程框架QPanda,支持全振幅量子虚拟机、单振幅量子虚拟机、部分振幅量子虚拟机、含噪声量子虚拟机计算。搭配专用的GUI & 量子语言编程平台,辅以生动形象的对话式交流微课堂,以简单易懂的方式,向用户介绍量子计算知识点。 多物理体系量子计算虚拟实验室“情景教学” 对话式课堂与视频教学“双管齐下” 用户习惯的培养有多重要?举个例子。现在坐在电脑前的你正用着Windows系统,用着各类计算机软件,如果换成苹果电脑的系统,你可能会很不习惯;现在拿着苹果手机的你,如果让你换成安卓手机,你也会觉得哪里不太对劲,就连手指的联动性都会变得不那么连贯。这些都基于你接触计算机时就已经被培养形成的习惯。 那么问题来了!量子计算机的用户习惯培养是否也是如此呢?答案是肯定的。 像发展经典计算机一样,量子计算的发展应从量子计算的硬件、操作系统、软件开发包、语言开发包,到云平台的整个生态系统去推进。当前国际上非常重视量子计算推广和用户习惯的养成,谷歌和IBM已经开展了很多在线量子编程教育、推广工作,也有非常多的初创公司参与量子软件尤其是量子应用软件的开发,他们已经形成了与传统软件一样成体系的发展模式。这在一定程度上,影响我国量子计算软件市场在国内外的被接受程度。 艰难却非常重要,我们坚持去做。本源量子不断尝试推广自主研发的量子计算标准、量子计算机操作系统、根目录软件,现在上线的双语版本正是助力培养用户的使用习惯,建立量子计算软件生态圈。 本源司南架构(图片来源于本源量子) 今年初,本源量子率先发布国产量子计算机操作系统——本源司南,它可助力量子计算机高效稳定运行,这一系统是国产自主研发、能够代表中国的首个量子计算机操作系统。目前该系统也已布署到量子计算云平台,供全球用户使用。在用户层面,本源有对标国际同类产品的国产量子软件,同样上线到云平台,供全球用户开发使用。 随着国际量子计算技术竞争日益激烈,各国对量子计算人才的需求越来越多。根据调查显示,国内从事量子计算研发的专业人员也不过百余人,人才更是紧缺。而本源量子上线的双语版本量子计算全物理体系学习机也正是为量子计算教育打下良好的基础。 本源量子在线课程(来源于科普教育云) 本源量子作为中国量子计算行业的先行者,在2018年就前置布局量子计算教育事业,先后推出国内首个量子计算在线教育平台——本源溯知、国内首部专业的量子计算与编程教材《量子计算与编程入门》,并在2020年8月建立了中国首个量子计算教育科普基地——本源量子计算体验中心,同期发布一代本源量子计算全物理体系学习机,希望凭借自己的一份力去助力我国乃至全球量子计算行业教育发展与人才培养进程。 量子计算人才的培养是重中之重,欢迎更多专业人才加入本源量子,一同为量子计算贡献中国力量! 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2021-8-24
    最后回复 帕昆 2021-8-24 09:42
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  • 研究人员开辟了一条在现实世界条件下实现量子计算的道路
    预计到2030年,量子计算市场将达到650亿美元,这是投资者和科学家的热门话题,因为它有可能解决难以理解的复杂问题。 药物发现就是一个例子。为了理解药物的相互作用,制药公司可能想要模拟两个分子的相互作用。挑战在于,每个分子都是由几百个原子组成的,科学家必须模拟这些原子在各自的分子被引入时的排列方式。可能的构型数量是无限的——比整个宇宙的原子数量还多。只有量子计算机才能代表(更不用说解决)如此庞大的动态数据问题。 量子计算的主流应用还需要几十年的时间,全球各地的大学和私营企业的研究团队都在研究该技术的不同方面。 徐领导的研究小组,电气和计算机工程助理教授弗吉尼亚大学工程与应用科学学院的雕刻一个利基在光子的物理和应用设备,为范围广泛的检测和形状光使用包括通信和计算。他的研究小组在一个一便士大小的光子芯片上创建了一个可扩展的量子计算平台,大大减少了实现量子速度所需的设备数量。 UVA量子光学和量子信息学教授奥利维尔?菲斯特和韩国科学技术院(kaist)助理教授韩硕(音)也做出了贡献。 《自然通讯》最近发表了该团队的实验结果——芯片上的压缩量子微梳。易建联小组的两名成员,物理学博士生杨紫娇(Zijiao Yang)和电子与计算机工程博士生曼达娜·贾汉博佐吉(Mandana Jahanbozorgi)是这篇论文的共同第一作者。美国国家科学基金会的量子通信工程量子集成平台项目资助了这项研究。 量子计算预示着一种全新的信息处理方式。您的台式机或膝上型计算机以长串位元的形式处理信息。一个位只能保存两个值中的一个:0或1。量子计算机并行处理信息,这意味着它们不需要等待一个信息序列被处理后才能计算更多信息。它们的信息单位叫做量子位,一种可以同时是1和0的混合体。一个量子模式,或qumode,跨越了从1到0(小数点右边的值)之间的变量的全部光谱。 研究人员正在研究不同的方法,以有效地产生实现量子速度所需的大量四模态。 易建联基于光子学的方法很有吸引力,因为光场也是全光谱的;光谱中的每一个光波都有可能成为一个量子单位。易纲假设,通过纠缠光场,光将达到量子态。 您可能对通过互联网传递信息的光纤很熟悉。在每根光纤中,许多不同颜色的激光器被并行使用,这种现象被称为多路复用。易纲将多路复用的概念带入了量子领域。 微观是他的团队成功的关键。UVA是使用光多路复用技术创建可扩展量子计算平台的先驱和领导者。2014年,Pfister的团队成功地在一个体光学系统中产生了3000多个量子模式。然而,使用这么多量子模式需要占用大量空间,以容纳数千个镜子、透镜和其他组件,这些组件需要运行算法和执行其他操作。 “该领域的未来是集成量子光学,”菲斯特说。“只有将量子光学实验从受保护的光学实验室转移到与场兼容的光子芯片上,真正的量子技术才能问世。我们非常幸运,能够吸引到像徐毅这样的量子光子学世界专家来UVA,我对这些新结果为我们打开的前景感到非常兴奋。” 李教授的团队在一个光学微谐振器中创造了一个量子源,这是一个环形的,毫米大小的结构,包裹着光子并产生一个microcobe,这是一种有效地将光子从单个波长转换为多个波长的设备。光围绕环循环以增加光功率。这种能量的积累增加了光子相互作用的机会,从而在微梳中的光场之间产生量子纠缠。 通过多路复用,Yi的团队验证了从芯片上的单个微谐振器产生40个四阶模,证明了量子模的多路复用可以在集成光子平台上工作。这只是他们能够测量的数字。 “我们估计,当我们优化系统时,我们可以从单个设备产生数千个qumodes,”Yi说。 易的多路复用技术为现实世界的量子计算开辟了一条道路,在现实世界中,错误是不可避免的。即使在传统的计算机中也是如此。但是量子态比经典态脆弱得多。 补偿错误所需的量子位元数量可能超过100万,设备的数量也会相应增加。多路复用将所需的设备数量减少了两到三个数量级。 易建联的光子系统在量子计算的探索中提供了两个额外的优势。使用超导电子电路的量子计算平台需要冷却到低温。由于光子没有质量,带有光子集成芯片的量子计算机可以在室温下运行或休眠。此外,李利用标准的光刻技术在硅片上制作了微谐振器。这很重要,因为这意味着谐振腔或量子源可以批量生产。 “我们很自豪能推动量子计算的工程前沿,加速从体光学到集成光子学的转变,”易说。“我们将继续探索在基于光子的量子计算平台上集成设备和电路的方法,并优化其性能。” 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2021-8-21
    最后回复 悚舱擢 2021-8-21 12:47
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  • IBM牺牲量子计算连接性的妥协:一条可扩展之路
    蓝色巨人IBM的量子处理器正为了简洁性而牺牲可连接性。 IBM为日本建造的量子计算机 自我革命,IBM放弃原有量子芯片架构 量子计算机是人类有史以来建造的最复杂的机器之一。但是,不同的复杂度对它们的性能和可扩展性也会产生重大影响。行业领导者们为了实现既定目标,可能会采取截然不同的方案。 据IBM介绍,从8月8日起,蓝色巨人所有的量子处理器都将采用六边形布局,其特点是量子比特之间的连接大大少于其早期设计以及竞争对手谷歌和Rigetti公司使用的方形布局。 这是近年来对不同处理器拓扑结构进行实验的结果,拓扑结构描述了一个设备的物理布局和其量子比特之间的连接。该公司量子计算机的比特连接数一直在稳步下降,尽管IBM自己的衡量标准“量子体积”("quantum volume")非常重视高连接性。 IBM研究员Paul Nation说,这是因为连接是有代价的。今天的量子处理器很容易出错,而量子比特之间的连接越多,问题就越严重。Nation说,缩小连接性导致错误呈指数级减少,该公司认为这将帮助他们更快地扩展到解决现实世界问题所需的更大的量子处理器。 "在短期内,这是痛苦的,"Nation说。"但我们的想法不是今天最好,而是明天最好。" IBM去年首次推出了所谓的 “重六角”(heavy-hex)拓扑结构,该公司一直在逐步淘汰采用其他布局的处理器。8月之后,IBM云上的20多个处理器都将依赖这种设计。Nation表示 “重六角”(heavy-hex)拓扑结构将用于其量子路线图中列出的所有设备,至少在计划于2023年推出的1121比特的Condor处理器之前。 IBM计划2023年推出的1121比特的Condor处理器 全新方案,heavy-hex拓扑结构 基本构件是12个排列成六边形的量子比特,每个点上有一个量子比特,每个平边上有一个。沿着边缘的量子比特只与它们的两个最近的邻居连接,而点上的量子比特可以与第三个量子比特连接,这使得将六边形并排排列以建立更大的处理器成为可能。 图:三个所谓的“重六角”(heavy-hex)晶格。三种颜色表示不同频率的模式, 深蓝色表示控制位量子比特,绿色和紫色表示目标位量子比特 该布局代表该公司早期处理器以及大多数其他依赖超导量子比特的量子计算机中使用的方形晶格的连接显着减少。在该拓扑中,量子比特通常连接到四个邻居以创建一个正方形网格。像霍尼韦尔公司和IonQ公司制造的那些离子阱量子比特的量子计算机更进一步,允许任何两个量子比特之间的相互作用,尽管该技术有其自身的一系列挑战。 Nation说,这个决定是由IBM使用的那种量子比特驱动的。谷歌和Rigetti等公司使用的量子比特可以被调整以响应不同的微波频率,但IBM的量子比特在制造时是固定的。Nation说,这使它们更容易构建,并降低了控制系统的复杂性。但这种布局也使得在同时控制多个量子比特时更难避免频率冲突。此外,连接永远不会完全关闭——因此即使不参与操作,量子比特依旧会对其邻居产生微弱的影响。 这两种现象都会使计算出现偏差,但通过使用较少连接的拓扑结构,IBM的研究人员能够大大减少这两种影响,这将会使错误呈指数级下降。 不同的声音:降低连接增大错误概率 日本Riken研究所理论量子物理实验室的首席科学家Franco Nori说,较少的连接性使得实施电路变得相当困难。如果两个量子比特没有直接联系,让它们相互作用就需要进行一系列的交换操作,将它们的值从一个量子比特传递到另一个量子比特,直到它们彼此相邻。Nori说,直接连接越少,需要的操作就越多,而且由于每个人都容易出错,这个过程可能会变得像 "传话游戏"。 "你把信息悄悄地告诉你的邻居,但是当它到达另一边时,它是垃圾信息的概率非常大"他说。"你不希望有很多中间人"。 Nation说,连接性的降低确实推高了所需的操作数量。但该团队发现,随着设备规模的扩大,错误成本可以保持不变。他补充说,如果他们继续保持减少每项操作的错误,其影响将迅速减少。""他说。"但如果你能继续提高你的双比特性能,随着时间的推移,你将弥补这一成本。" 错误的指数级降低是否会继续下去还不清楚。Nation承认,大部分收益来自于连接性的减少,这一途径现在已经饱和了。进一步的进展将需要来自材料科学和硬件设计等其他领域的进步。 芝加哥大学研究量子计算的教授Fred Chong说,虽然IBM做出的权衡是有意义的。他说,虽然谷歌的可调控量子比特可以支持更多的连接,但它们的建造也更加复杂。这使得扩大它们的规模更加困难。谷歌目前没有对spectrum的采访请求作出回应。 参考资料:https://spectrum.ieee.org/ibm-s-quantum-computing-compromise-the-road-to-scale 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2021-8-21
    最后回复 私凋 2021-8-21 03:59
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  • ibm牺牲量子计算连接性的妥协:一条可扩展之路
    蓝色巨人IBM的量子处理器正为了简洁性而牺牲可连接性。 IBM为日本建造的量子计算机 量子计算机是人类有史以来建造的最复杂的机器之一。但是,不同的复杂度对它们的性能和可扩展性也会产生重大影响。行业领导者们为了实现既定目标,可能会采取截然不同的方案。 据IBM介绍,从8月8日起,蓝色巨人所有的量子处理器都将采用六边形布局,其特点是量子比特之间的连接大大少于其早期设计以及竞争对手谷歌和Rigetti公司使用的方形布局。 这是近年来对不同处理器拓扑结构进行实验的结果,拓扑结构描述了一个设备的物理布局和其量子比特之间的连接。该公司量子计算机的比特连接数一直在稳步下降,尽管IBM自己的衡量标准“量子体积”("quantum volume")非常重视高连接性。 IBM研究员Paul Nation说,这是因为连接是有代价的。今天的量子处理器很容易出错,而量子比特之间的连接越多,问题就越严重。Nation说,缩小连接性导致错误呈指数级减少,该公司认为这将帮助他们更快地扩展到解决现实世界问题所需的更大的量子处理器。 "在短期内,这是痛苦的,"Nation说。"但我们的想法不是今天最好,而是明天最好。" IBM去年首次推出了所谓的 “重六角”(heavy-hex)拓扑结构,该公司一直在逐步淘汰采用其他布局的处理器。8月之后,IBM云上的20多个处理器都将依赖这种设计。Nation表示 “重六角”(heavy-hex)拓扑结构将用于其量子路线图中列出的所有设备,至少在计划于2023年推出的1121比特的Condor处理器之前。 IBM计划2023年推出的1121比特的Condor处理器 基本构件是12个排列成六边形的量子比特,每个点上有一个量子比特,每个平边上有一个。沿着边缘的量子比特只与它们的两个最近的邻居连接,而点上的量子比特可以与第三个量子比特连接,这使得将六边形并排排列以建立更大的处理器成为可能。 图:三个所谓的“重六角”(heavy-hex)晶格。三种颜色表示不同频率的模式, 深蓝色表示控制位量子比特,绿色和紫色表示目标位量子比特 该布局代表该公司早期处理器以及大多数其他依赖超导量子比特的量子计算机中使用的方形晶格的连接显着减少。在该拓扑中,量子比特通常连接到四个邻居以创建一个正方形网格。像霍尼韦尔公司和IonQ公司制造的那些离子阱量子比特的量子计算机更进一步,允许任何两个量子比特之间的相互作用,尽管该技术有其自身的一系列挑战。 Nation说,这个决定是由IBM使用的那种量子比特驱动的。谷歌和Rigetti等公司使用的量子比特可以被调整以响应不同的微波频率,但IBM的量子比特在制造时是固定的。Nation说,这使它们更容易构建,并降低了控制系统的复杂性。但这种布局也使得在同时控制多个量子比特时更难避免频率冲突。此外,连接永远不会完全关闭——因此即使不参与操作,量子比特依旧会对其邻居产生微弱的影响。 这两种现象都会使计算出现偏差,但通过使用较少连接的拓扑结构,IBM的研究人员能够大大减少这两种影响,这将会使错误呈指数级下降。 日本Riken研究所理论量子物理实验室的首席科学家Franco Nori说,较少的连接性使得实施电路变得相当困难。如果两个量子比特没有直接联系,让它们相互作用就需要进行一系列的交换操作,将它们的值从一个量子比特传递到另一个量子比特,直到它们彼此相邻。Nori说,直接连接越少,需要的操作就越多,而且由于每个人都容易出错,这个过程可能会变得像 "传话游戏"。 "你把信息悄悄地告诉你的邻居,但是当它到达另一边时,它是垃圾信息的概率非常大"他说。"你不希望有很多中间人"。 Nation说,连接性的降低确实推高了所需的操作数量。但该团队发现,随着设备规模的扩大,错误成本可以保持不变。他补充说,如果他们继续保持减少每项操作的错误,其影响将迅速减少。""他说。"但如果你能继续提高你的双比特性能,随着时间的推移,你将弥补这一成本。" 错误的指数级降低是否会继续下去还不清楚。Nation承认,大部分收益来自于连接性的减少,这一途径现在已经饱和了。进一步的进展将需要来自材料科学和硬件设计等其他领域的进步。 芝加哥大学研究量子计算的教授Fred Chong说,虽然IBM做出的权衡是有意义的。他说,虽然谷歌的可调控量子比特可以支持更多的连接,但它们的建造也更加复杂。这使得扩大它们的规模更加困难。谷歌目前没有对spectrum的采访请求作出回应。 参考资料:https://spectrum.ieee.org/ibm-s-quantum-computing-compromise-the-road-to-scale 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2021-8-21
    最后回复 值蓊 2021-8-21 01:55
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  • 研究发现quantumfoundry的候选超导体在未来的量子计算中可能有用
    据外媒报道,自从2019年获得2500万美元的拨款、成为第一个美国国家科学基金会(NSF)的Quantum Foundry以来,研究人员一直在努力开发能够实现基于量子信息技术的材料,用于量子计算、通信、感应和模拟等应用。现在他们可能已经做到了。 在《自然-材料》杂志上发表的一篇新论文中,Quantum Foundry 联合主任、加州大学洛杉矶分校材料学教授Stephen Wilson和多名合著者,包括普林斯顿大学的主要合作者,研究了Quantum Foundry开发的一种新材料,作为候选超导体(一种电阻消失和完全抗磁性的材料)--在未来的量子计算中可能有用。 此前,Wilson领导的研究小组在《物理评论快报》杂志上发表了一篇论文,描述了一种新材料--cesium vanadium antimonide (CsV3Sb5),它表现出一种令人惊讶的混合特性,涉及一种与超导状态交织的自组织电荷图案。这一发现是由Elings公司的博士后研究员Brenden R. Ortiz完成的。Wilson表示,事实证明,这些特征是一些相关材料所共有的,包括RbV3Sb5和KV3Sb5,后者(一种钾、钒和锑的混合物)是这篇最新论文的主题。 Wilson指出,这组化合物中的材料“被预测为拥有有趣的电荷密度波物理学(即它们的电子在化合物中的金属位点上自组织成一种非均匀的模式)。 这种电子的自组织图案的特殊性质是目前工作的重点”。 这种预测的电荷密度波状态和其他奇特的物理学源于这些材料内部的钒(V)离子网络,它们形成了一个被称为可果美晶格的三角形的分角网络。KV3Sb5被发现是一种由可果美晶格平面构建的稀有金属,也是一种超导材料。该材料的一些其他特征使研究人员推测,其中的电荷可能形成微小的电流环,从而产生局部磁场。 材料科学家和物理学家长期以来一直预测,可以制造出一种材料,它将表现出一种电荷密度波秩序,打破所谓的时间反转对称性。“这意味着它有一个磁矩,或一个场,与它相关,”Wilson说。“你可以想象,在可果美晶格上有某些图案,电荷在一个小环中移动。那个环就像一个电流环,它将给你一个磁场。这样的状态将是一种新的物质电子状态,并将对潜在的非常规超导性产生重要影响。” Wilson小组的作用是制造这种材料,并对其体积特性进行描述。普林斯顿大学团队然后使用高分辨率扫描隧道显微镜(STM)来识别他们认为是这种状态的特征。Wilson说:“这些特征也被假设为存在于其他异常超导体中,比如那些在高温下超导的超导体,尽管它还没有被明确显示出来。” STM的工作原理是通过在一个表面上扫描一个非常尖锐的金属线头。通过使尖端非常接近表面,并对尖端或样品施加电压,可以对表面进行成像,甚至可以分辨出单个原子和电子分组的位置。在论文中,研究人员描述了看到并分析了电子电荷的秩序模式,该模式随着磁场的施加而变化。这种与外部磁场的耦合表明有一种电荷密度波状态,它创造了自己的磁场。 这正是 Quantum Foundry成立时的工作。"Quantum Foundry的贡献是重要的,"Wilson说。"它在开发这些材料方面发挥了主导作用,研究人员在这些材料中发现了超导性,然后发现了表明它们可能拥有电荷密度波的信号。现在,全世界都在研究这些材料,因为它们具有许多不同群体感兴趣的各个方面。 "他继续说:"例如,量子信息领域的人对它们感兴趣,认为它们是潜在的拓扑超导体。"研究拓扑金属新物理学的人对它们感兴趣,因为它们有可能承载有趣的相关效应,定义为电子相互作用,这有可能是这种电荷密度波状态的起源。而且它们对那些追求高温超导的人来说是有意义的,因为它们有一些元素似乎将它们与那些材料中的一些特征联系起来,尽管KV3Sb5在相当低的温度下超导。" 如果KV3Sb5被证明是它被怀疑的那样,它可以被用来制造一个在量子信息应用中有用的拓扑量子比特。例如,Wilson说:“在制造拓扑计算机时,人们希望制造出性能因材料中的对称性而增强的量子比特,这意味着它们不倾向于退相干(转瞬即逝的纠缠量子态的退相干是量子计算的一个主要障碍),因此对传统纠错的需求减少了。” 他补充说:“只有某些种类的状态你可以找到,可以作为拓扑量子比特,而拓扑超导体有望承载一个。这样的材料是罕见的。这个系统可能对此有兴趣,但它远未被证实,而且很难证实它是否是。在了解这一类新的超导体方面还有很多工作要做。” 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2021-8-20
    最后回复 鄂书仪 2021-8-20 19:03
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  • 研究发现Quantum Foundry的候选超导体在未来的量子计算中可能有用
    据外媒报道,自从2019年获得2500万美元的拨款、成为第一个美国国家科学基金会(NSF)的Quantum Foundry以来,研究人员一直在努力开发能够实现基于量子信息技术的材料,用于量子计算、通信、感应和模拟等应用。现在他们可能已经做到了。 在《自然-材料》杂志上发表的一篇新论文中,Quantum Foundry 联合主任、加州大学洛杉矶分校材料学教授Stephen Wilson和多名合著者,包括普林斯顿大学的主要合作者,研究了Quantum Foundry开发的一种新材料,作为候选超导体(一种电阻消失和完全抗磁性的材料)--在未来的量子计算中可能有用。 此前,Wilson领导的研究小组在《物理评论快报》杂志上发表了一篇论文,描述了一种新材料--cesium vanadium antimonide (CsV3Sb5),它表现出一种令人惊讶的混合特性,涉及一种与超导状态交织的自组织电荷图案。这一发现是由Elings公司的博士后研究员Brenden R. Ortiz完成的。Wilson表示,事实证明,这些特征是一些相关材料所共有的,包括RbV3Sb5和KV3Sb5,后者(一种钾、钒和锑的混合物)是这篇最新论文的主题。 Wilson指出,这组化合物中的材料“被预测为拥有有趣的电荷密度波物理学(即它们的电子在化合物中的金属位点上自组织成一种非均匀的模式)。 这种电子的自组织图案的特殊性质是目前工作的重点”。 这种预测的电荷密度波状态和其他奇特的物理学源于这些材料内部的钒(V)离子网络,它们形成了一个被称为可果美晶格的三角形的分角网络。KV3Sb5被发现是一种由可果美晶格平面构建的稀有金属,也是一种超导材料。该材料的一些其他特征使研究人员推测,其中的电荷可能形成微小的电流环,从而产生局部磁场。 材料科学家和物理学家长期以来一直预测,可以制造出一种材料,它将表现出一种电荷密度波秩序,打破所谓的时间反转对称性。“这意味着它有一个磁矩,或一个场,与它相关,”Wilson说。“你可以想象,在可果美晶格上有某些图案,电荷在一个小环中移动。那个环就像一个电流环,它将给你一个磁场。这样的状态将是一种新的物质电子状态,并将对潜在的非常规超导性产生重要影响。” Wilson小组的作用是制造这种材料,并对其体积特性进行描述。普林斯顿大学团队然后使用高分辨率扫描隧道显微镜(STM)来识别他们认为是这种状态的特征。Wilson说:“这些特征也被假设为存在于其他异常超导体中,比如那些在高温下超导的超导体,尽管它还没有被明确显示出来。” STM的工作原理是通过在一个表面上扫描一个非常尖锐的金属线头。通过使尖端非常接近表面,并对尖端或样品施加电压,可以对表面进行成像,甚至可以分辨出单个原子和电子分组的位置。在论文中,研究人员描述了看到并分析了电子电荷的秩序模式,该模式随着磁场的施加而变化。这种与外部磁场的耦合表明有一种电荷密度波状态,它创造了自己的磁场。 这正是 Quantum Foundry成立时的工作。"Quantum Foundry的贡献是重要的,"Wilson说。"它在开发这些材料方面发挥了主导作用,研究人员在这些材料中发现了超导性,然后发现了表明它们可能拥有电荷密度波的信号。现在,全世界都在研究这些材料,因为它们具有许多不同群体感兴趣的各个方面。 "他继续说:"例如,量子信息领域的人对它们感兴趣,认为它们是潜在的拓扑超导体。"研究拓扑金属新物理学的人对它们感兴趣,因为它们有可能承载有趣的相关效应,定义为电子相互作用,这有可能是这种电荷密度波状态的起源。而且它们对那些追求高温超导的人来说是有意义的,因为它们有一些元素似乎将它们与那些材料中的一些特征联系起来,尽管KV3Sb5在相当低的温度下超导。" 如果KV3Sb5被证明是它被怀疑的那样,它可以被用来制造一个在量子信息应用中有用的拓扑量子比特。例如,Wilson说:“在制造拓扑计算机时,人们希望制造出性能因材料中的对称性而增强的量子比特,这意味着它们不倾向于退相干(转瞬即逝的纠缠量子态的退相干是量子计算的一个主要障碍),因此对传统纠错的需求减少了。” 他补充说:“只有某些种类的状态你可以找到,可以作为拓扑量子比特,而拓扑超导体有望承载一个。这样的材料是罕见的。这个系统可能对此有兴趣,但它远未被证实,而且很难证实它是否是。在了解这一类新的超导体方面还有很多工作要做。” 原文章作者:cnBeta,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2021-8-20
    最后回复 晖迢浪 2021-8-20 14:56
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  • 量子计算机练成了“七十二绝技”,还有人问它会不会“扎马步”
    最近,我做了一期介绍量子计算机“九章”的节目。有些人质疑它是不是计算机,其实这种问题就好比问“宇宙飞船是不是船”,完全不得要领。真正重要的不是一个事物叫什么名字,而是它实际是什么,能实现什么超能力。九章能计算“玻色子取样”,而这个问题经典计算机处理起来非常困难,所以九章被学术界认为是量子计算领域的重大突破。 https://p5.toutiaoimg.com/large/pgc-image/36dc3ddfecd34d3fa167d7c9699af753 我很高兴地看到,在评论区里大多数观众都理解了我的要点,纷纷表示受益匪浅。然而,也有一位网友说:“可别先别练屠龙绝技,最好把基础1+1=2做好。” https://p9.toutiaoimg.com/large/pgc-image/b4de550d8d3241bb92456532ada727eb 这句话有语病,不过能看出来,他是认为量子计算机必须要先能运行1 + 1 = 2这样的基础,然后才谈得上其他的。这样想的人不少。实际上,这正是一个严重的误解。 首先,量子计算机可以计算1 + 1 = 2,不是不能算。但这并不是重点。重点在于,我需要向这些人问一句:你们认为,量子计算机是什么意思? 他们肯定以为,量子计算机跟经典计算机运行的过程是一样的,都是加减乘除,只是加减乘除的每一步都更快而已。错了,完全错误! 如果是这样的话,量子计算机就没有意义了,只不过是经典计算机的常规的进步而已。但实际上,量子计算机是革命性的进步,而不是这种小打小闹的进步。量子计算的精妙之处,就是要绕过常规的加减乘除,用物理过程来直接得到计算结果。 打个比方。爱迪生有一个著名的故事:他拿一个灯泡,让一位数学家助手求出它的容积。这位数学家拿尺子和纸笔又是测量,又是计算,捣鼓了半天都没算出来。而爱迪生把灯泡里灌满水,然后把水倒在量筒里,一下子就知道了它的容积。 https://p9.toutiaoimg.com/large/pgc-image/e89ef0502de1480ca55ef2b9bf272e6c 爱迪生 现在,你明白什么叫“用物理过程直接得到计算结果”了吧? 许多人听到九章计算玻色子取样的办法就是直接运行玻色子取样,就大惑不解,很怀疑这叫不叫计算。实际上,这不就是爱迪生的思路吗?这种方法确实解决了问题,这才是我们真正希望的。至于你是否把它叫做计算,那只是个咬文嚼字的问题,真正做事的人是不会被名称束缚住的。 现在你可以明白,如果一定要量子计算机先会算加减乘除,然后再一步步按照数学公式计算一个问题,那完全是缘木求鱼,本末倒置,把量子计算机的优势丢掉了。量子计算机的好处,就是可以跳过这些步骤,否则我们去研发它干什么? 很好,你对量子计算的理解已经超过了90%的人。不过,有人听了上面那个故事,可能会问:难道爱迪生已经造出了一台量子计算机吗? 当然没有。这只是个比喻而已,并不是真正的量子计算机。原因有两点。第一,它没有用到量子力学的特性。第二,它解决的并不是个真正困难的问题。用数学方法计算灯泡的容积,虽然比较繁琐,但完全是可以做到的。爱迪生那个时代条件不行,算得比较慢。而如果用现在的计算机,算一个灯泡容积肯定就是瞬间搞定。 计算机科学里有一个分支叫做计算复杂性理论(computational complexity theory)。用计算复杂性的语言说,计算灯泡容积这个问题在本质上是简单的,因为它用“多项式时间”就能解决,即计算量随问题规模的增长是个多项式函数。 而量子计算机处理的问题,是在本质上就困难的问题。困难的意思是,计算它所需的时间是指数增长的,甚至更长。例如玻色子取样这个问题,它的计算量增长速度是阶乘,比指数还快。60的阶乘就是8.32乘以10的81次方,比整个宇宙的粒子数都多。因此,经典计算机很快就算不动了。也正是因为这个原因,九章相对于现在最强的超级计算机才会有一百万亿倍这样惊人的优势,——因为这个问题经典计算机处理起来实在太慢了。 https://p6.toutiaoimg.com/large/pgc-image/c679e4cd38984184b289b1bc7b5c3153 下面是一个真正的要点:要快速解决本质上困难的问题,目前所知的唯一有希望的办法,就是利用量子力学的特性。也就是设计某种量子物理过程,通过执行这个物理过程快速得到问题的解。这就是量子计算的本意。 爱迪生没有利用量子力学的特性,所以他解决的不是个本质上困难的问题。用物理过程快速求解本质上困难的问题,是量子力学出现以后才可能的,所以我把它称为“超能力”。如果你理解到这一层,你对量子计算的理解就超过了99%的人。 最后,如果你真的就是想计算1 + 1 = 2,那其实量子计算机也能做。 2005年,潘建伟、杨涛和杜江峰等人发了一篇文章《对两个独立光量子比特的非破坏性受控非量子门的实验演示》(Experimental Demonstration of a Nondestructive Controlled-NOT Quantum Gate for Two Independent Photon Qubits),第一次用光学方法实现了量子计算机的基础逻辑单元“受控非门”(CNOT)。这个受控非门就像经典计算机中的“与非门”一样,通过它就能组合出任意复杂的线路,实现任意功能。 https://p6.toutiaoimg.com/large/pgc-image/55ca125af1594f0995039c98def8a19c 因此,用量子计算机计算1 + 1 = 2是完全可行的。唯一的问题只是,这样没有任何好处。因为它算得并不比经典计算机更快,成本却高得多。但你如果以为它不能算,那就错了。 这就好比少林派有个高手,练成了七十二绝技。你如果问他,会不会最基础的功夫,例如扎马步?回答是:他当然会,但他为什么要向你演示扎马步呢?!你的关注重点,应该是人家会不会最高级的功夫,而不是会不会最初级的功夫! 原文章作者:科技袁人袁岚峰,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2021-8-20
    最后回复 谷秋阳 2021-8-20 13:37
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  • 量子奇观:从概率、复数,到量子干涉,到量子计算机
    以下文章来源于墨子沙龙 ,作者Artur Ekert。 导读 Artur Ekert:量子物理学家,1961年出生于波兰弗罗茨瓦夫,1985年本科毕业于雅盖隆大学,1991年在英国牛津大学获得博士学位。目前,他是牛津大学和新加坡国立大学教授。 埃克特是量子信息科学的先驱之一,提出了基于纠缠的量子密码协议(E91协议),他也对量子计算理论和量子物理的其他分支做出了许多重要贡献。因其杰出成就,他获得了2019年度“墨子量子奖”,本文内容整理、节选自他2019年在“墨子沙龙”的演讲。 在进入量子计算世界之前,我先介绍一下量子物理学。我将从概率和复数开始,然后,我将用一种非常有用的方法带大家了解量子物理学。您将了解到,量子物理学其实是一种新型的概率论,别无其他——量子物理学只是一种不同的概率计算方法而已。但是,这种不同的概率计算方法会产生很多奇异的结果。 其中一个现象——量子干涉,将在本文多次出现。我们今天谈论的所有令人激动的新领域,如量子计算、量子通信等新兴科技的背后都存在着量子干涉。最后,我将简单介绍一些实用方面的内容,比如量子计算。 01 概率论与复数 为了对量子物理有更为深入的了解,您需要了解一点概率论和复数的知识。要学习量子物理学,概率论和复数是您必须知道的两个基本数学概念。如果您还是学生,又对神奇的量子世界感兴趣,不要被人忽悠说这很简单。虽然这并不困难,但也绝不简单,因此您必须花一些功夫。我的意思是您必须学习一点数学。否则,您了解的只是一点皮毛。 而且,量子物理学家所使用的很多数学工具也都是基于这两个概念。其中,概率论可以定量地描述某些事件发生的可能性,而复数是实数的扩展。历史上非常有趣的一点是,发现这两者的碰巧是同一个人。 他的名字叫吉罗拉莫·卡尔达诺(Girolamo Cardano),生活在16世纪的意大利。卡尔达诺先生是一名医生、占星家、最早对各种机械设备感兴趣的人,还是一位非常有成就的数学家,并且在16世纪的意大利知识界起着重要作用。他对赌博也很感兴趣。卡尔达诺先生试图量化获胜的机会,因此,他成了第一个提出概率思想的人。他的研究比法国数学家早了大约一个世纪。 卡尔达诺先生还对求解某些代数方程感兴趣,并试图找到系统求解的方法。他想到了负数的平方根,并试图发掘其意义。他将这些研究成果收在《大术,或论代数法则》(Ars Magna)中发表。卡尔达诺先生首次引入了复数,这是一项伟大的工作。一个新概念第一次出现了,这是我们追踪到的复数最早出现的地方。 因此,我们在量子物理学中使用的两个基本工具可以追溯到一个人,这真是令人惊讶! 但事实上,卡尔达诺先生对负数的平方根没花太多的功夫。他觉得那些数字太古怪、太灾难、太奇怪了,但是它们对任何事情都没有好处,所以他称它们无用。现在肯定不再是这种情况了,因为物理学、工程学、数学中一直都在使用复数。在开始量子物理学之前,请尝试理解复数。 对于那些觉得他们已经了解复数的人,我给你们出道题目: 图中算式最终推导出1等于﹣1,这显然是个错误的结果。如果您真正了解复数,则可以理解在哪里出了错。我把问题留给你们,认真想一想,将有助于你更好的理解复数。 接下来我们说说另一个概念——概率,概率其实就是指某个事件发生的可能性。生活中我们一直在使用概率,比如我们预测明天大概有60%的概率会下雨,这是对我们很有帮助的信息。把概率量化是一件很有趣的事情,但这花了人们一些时间去思考,直到卡尔达诺先生提出基本的想法。然后,许多其他人试图把概率解释清楚。 其他许多人继续解释?这里你们可能会疑惑为什么,我们已经知道怎么定义概率了呀。计算A事件的概率就是先考虑所有可能发生事件的总数N,然后再看其中A事件发生的个数n。概率是一个比值:n/N。但是仔细思考,您会发现这当中为了定义概率,我们需要确立基本事件,然后您必须做一个假设——那就是所有的基本事件的发生都是同等可能的。 等一下,什么叫同等可能?这是一个可能性概念,噢,您发现了,这个定义中在使用可能性这一概念来定义可能性,这是循环定义的。事实上,在人们努力定义概率的不同方法中存在严重的问题,所以拉普拉斯、菲耐蒂、米泽斯等数学家登场了。如何定义概率,他们有各种各样的想法,大家感兴趣的话可以自己去详细了解一下。 当然,数学家会说,某种意义上这个问题已经澄清了。有一个叫柯尔莫哥洛夫的俄罗斯数学家,他说我不在乎概率的意义,概率就是满足我的公理集的任何事物,这公理集包括三条公理:1.概率是一个非负数;2.所有可能事件发生的总概率等于1,即所有事件概率相加为1;3. 概率满足 “可加性”,我们将对此进行更谨慎的审视,它表明独立事件的概率是可以加起来的,即如果有两个独立事件A、B,您想知道事件C = {事件A发生,事件B发生}的概率,那么只需将A、B独立发生的概率加起来就行了。很有道理,对吗? 这种美丽的概率数学理论,在数学上没有问题,但是大自然却不认可柯尔莫哥洛夫的概率可加性公理,如经典的双缝干涉实验。我们将在下面详细看看。 02 量子物理中的概率幅 双缝实验,在任何一本量子物理学的书本中都可以找到,是量子物理中一个非常重要的实验。实验装置很简单,一个粒子源,一个带有两个缝的板,并且在板的另一边有一个探测器。我们记粒子走其中一条缝到达某一终点的概率为P1,走另一条缝的概率是P2。按柯尔莫哥洛夫的概率可加性公理,粒子到达这一终点的概率等于两个概率之和,即P1加P2。但当我们实际运行这个实验的时候,结果却不是这样的。我们发现概率理论在这里不适用了。 概率理论在这里不适用意味着什么呢?显然我们不是在说数学家的理论是错误的,毕竟数学家不需要从物理工作中总结数学概念。但是,如果您想使用数学理论对某些事情进行预测,您就要跳出数学,您不能仅仅满足于逻辑一致性,您还要担心这一数学模型是否真的可以描述自然规律。 而事实证明,从这个角度看,概率论在量子领域是失败的,简单地利用柯尔莫哥洛夫的概率可加性公理并不能让您对实验数据做很好的预测。所以,得做点别的。为此,科学家提出了一个新的概念——概率幅,我们从概率幅得出概率,概率幅成为了新研究关注的焦点。什么是概率幅?它是一个复数。在此,概率论和复数在量子物理中相遇了。 量子物理中,概率幅对应的意义是什么?它的引入会带来什么样的神奇变化呢?事实上,在量子概率事件中,我们给任何事件或过程分配一个复数,然后用它们的模的平方来计算概率。然后您会发现,通过对概率幅相加而不是概率相加来计算概率,会给您一个有趣的预测:互斥事件的概率之和等于各自概率相加,以及还有一项数学表达式来修正结果。 例如在双缝干涉实验中,p1代表粒子走上方缝隙的概率,p2代表走下方缝隙的概率,p代表走上缝隙或下缝隙的概率。读者可以自行计算下p和p1、p2的关系,注意:p1和p2分别是复数α1和α2的模平方,而p是α(= α1 + α2)的模平方。很容易发现,p除了包含p1和p2之外,还包含另一项数学表达式,我们称之为干涉项。干涉项可以是正数,也可以是负数,这取决于您的量子设备,它是真正体现量子奇特的地方。 这得出一个令人惊讶的结果,您可以通过控制这最后一个表达式,来提高概率或降低概率!换句话说,您可以在一定程度上操纵某件事情发生的概率!这就是量子物理的力量!如果您能控制量子现象,那您就能提高某些事件发生的概率,或者降低某些事件发生的概率。 如果您不想深入地学习数学,请记住量子干涉的图像。量子干涉会修改概率!使用量子现象,我们可以增强也可以减少某些事情发生的可能性。物理学家怎么做到的呢?物理学家通过量子干涉仪来实现。到目前为止,我们可以使用光子、原子、离子,等等。只要控制这些量子对象,就可以引起量子干涉,更进一步,我们可以使用干涉现象来构建量子传感器、量子计量学和原子钟。 03 量子计算 如果我们有很多粒子,并且它们相互相干,我们就可以将量子相干用于量子计算。那会怎么样?我们先来看看经典计算。 我们从最熟悉的计算机来开始思考,想象您的计算机是一个大型设备,它具有有限个不同的状态。一开始,我们让计算机处于某一特定的状态,我们将这一初始状态称做“输入”。从“输入”开始,我们可以一路跟踪计算进程,直到最终 “输出”。而计算可以看作是从一种状态转到另一种状态、再到下一种状态,……最终到达某种最终状态即“输出”的过程。这输出就是计算机计算后给出的答案。 除了上述的经典计算,我们也可以以概率的方式来进行计算。例如,您的计算机可以基于扔硬币来做出决策,这意味着到达不同的状态具有不同的概率。而您所做的事情使您的计算机有可能遵循不同的计算路径,这就是基于经典概率的计算。计算机科学家使用这种类型的计算做了很多有趣的算法,这些算法依赖于这种计算方式。 接下来,我们来看看量子计算。如果我们在量子系统中进行这种类型的计算,有什么不同呢?我们会引入量子相干。根据前面的描述,我们知道,这时候计算路径就不仅仅是概率相加了,而是概率幅相加。而实际上量子计算的整个艺术,就是以一种巧妙的方式来利用量子相干。通过操控量子相干,您可以提高出现正确答案的机会,减少看到错误答案的机会。这就是量子计算的主体思想。 量子计算令计算机科学家非常兴奋,因为这种进行计算的方式,可以以某种方式轻松解决一系列难题。这涉及到一个词,叫做计算复杂度。您知道有一些数学问题很容易,而有些则很困难。怎么定量地去描述难易程度呢?一种量化的方法是,只考虑给定的算法,然后您用庞大的输入来运行它,观察它的执行时间。 举一个简单的例子,如果您想知道乘法运算的算法是好是坏,高效还是低效,您要做的是,运行这个算法。逐步增加输入乘数的位数,从一位数开始,到两位数、三位数、……并查看执行时间如何增加。如果随着输入位数的增大,执行时间至多呈多项式增长,那么我们可以认定这是一个高效的算法。但是,如果它似乎呈指数增长,那就有麻烦了,即使这种算法可以解决问题,但是会花很多的时间,有些甚至比您的一生还长,或者可能会用完内存或某些有限的物理资源。 基于此,物理学家和计算机科学家们定义了复杂性。他们称,一个问题能在多项式时间内解决,它就是经典问题,记为“P”。这意味着它们很容易,现在的计算机可以很好地处理它们。但是,如果一个问题能被算法以指数时间解决,这个算法就不是很好,这个问题是困难的。比如因式分解问题——将一个给定数字分解成质数的乘积,它是乘法的反向运算。我们知道乘法很容易,但是因式分解却不那么容易。这实际上是指数级困难的问题。 如果我给您一个数字15,那么您会说,很简单,15等于3乘以5。但是,如果我给您更大的数,并继续增加这个数字的位数,那么在合理时间内分解它将越来越困难。哪怕拥有世界上最强大的计算机,随着位数的增加,依旧会达到无法企及的时间。但是我们相信量子计算机可以解决一些这样的难题,如因式分解问题,量子计算能使它变得很容易。在我们对量子计算本质的理解上,这是一个很大的成就。 现在,您可能会好奇,如果量子计算这么完美,为什么我们还没有量子计算机。这与量子相干有关——退相干。什么是退相干?退相干是由于量子计算设备中的不同组件会与所有事物交互作用,不仅限于计算机部分,通常还涉及与环境的交互。因此,真实情况是,由于许多我们无法控制的不必要的交互作用,计算过程中的相干基本上消失了。因此,量子计算失去了它应有的能力,甚至没有常规概率计算的能力。 那么我们可以建造量子计算机吗?我想通过一些建筑学的知识,来告诉大家目前在制作量子计算机进程中所处的阶段。 您在这里看到的是一座美丽的伟大寺庙,很漂亮,但是从工程师的角度来看,它是一个糟糕的结构。古希腊人知道如何建造美丽的庙宇,但是他们不知道如何用屋顶来覆盖巨大的区域,他们不知道该怎么做,因为他们没有相关知识。到了罗马时代,他们提出了拱门的概念,建筑进入下一个阶段。 您知道吗?在建筑的历史中,建造拱门实际上是一件大事。您知道将石头堆在两侧,并且将它们向中心弯曲,大多数情况下它们会坍塌。但是,如果您设法爬到了顶部并铺上那块关键的石头,整体结构神奇地稳定下来了。突然之间,您有了一些了解,这个关键石头真的必不可少,将其移除会使整个建筑崩溃,而留下它,建筑就会稳定下来。而一旦有了拱门,我们就可以继续做拱顶,可以建造覆盖更大面积的建筑物。拱门是建筑学发展的不可或缺的一点。 我们以此类比,来了解构建量子计算机现在的发展方向。目前,我们正处在完成基本“单元块”的阶段,这相当于砖块,我们有很多逻辑“砖块”的知识。接下来是建造一栋美丽的建筑——一台量子计算机,但我们必须跨越一道门槛,然后才能建造拱门。这被称为容错计算,是物理学家们正在努力的方向。 现在阶段,您可以认为就是开始建造拱门和拱顶的时候了。而把建筑物建得更美丽宏大,是未来的问题。目前,我们知道如何将这些令人惊叹的“砖块”放在一起,但是我们目前还无法构建拱门,我们正处在建筑墙壁的水平上,就像那些美丽的希腊神庙一样。我们仍在等待新的突破,来建造拱门拱顶之类的东西,一旦到达那里,事情应该会更容易。但这依旧是一个悬而未决的问题。 注:本文经授权转载自墨子沙龙。 原文章作者:赛先生,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2021-8-19
    最后回复 销晃尸 2021-8-19 22:35
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  • 陈根:晶体棱镜,如何提升量子计算控制量?
    文|陈根 在经典计算发展路径之下,传统硅基芯片作为最重要的硬件产品,面临着晶体管直径逼近物理极限的问题。基于此,量子计算的发展一直被寄予厚望。 然而,现阶段的量子技术,受制于量子比特数目少、有效量子操作深度浅等问题。在“带着镣铐跳舞”的情况下,如何最大化利用量子资源,设计出搭载量子算法的、可编程的有实用价值的量子装置,一直是该领域翘首以盼的事情。 近日,新南威尔士大学(UNSW)的研究人员通过在芯片中添加一组晶体棱镜,使得量子计算可同时控制数百万个量子比特,大大提高了其处理性能。 http://i1.go2yd.com/image.php?url=0WpDjpiJDu 在硅量子处理器中,信息被编码到电子的上下自旋中,分别代表“0”和“1”。而相关操作通过与量子比特一起运行的电线所产生的磁场调节来实现。截止目前,概念验证用的量子计算芯片,已经演示了对数十个量子比特的控制方法。 但要实现真正强大的运算,至少需要数十万、甚至数以百万级的量子比特。然而存在的困境是,电力布线会占用芯片中的宝贵空间,并产生过多的热量。因此,新南威尔士大学团队通过添加晶体棱镜的方法,使其能够向大量量子比特传递电磁场。 该晶体棱镜被称作“介电谐振器”,位于硅芯片正上方,能够将微波引导并聚焦到低于1毫米的波长,从而产生一个可用于控制下方量子比特自旋的磁场。所以其无需投入大量功率来为量子比特提供强大的驱动磁场,并且发热量也不会太大。 http://i1.go2yd.com/image.php?url=0WpDjp56R7 此外,整个芯片的磁场十分均匀,就算规模达到百万级的量子比特,也可使用相同的方案来实现控制。 在当前的实验中,研究人员已能够利用该磁场来翻转单个量子比特的状态。不过想要同时产生两种状态的叠加,需要进一步的研究。未来,该方案有望实现一次对 400 万个量子比特的控制。 目前,相关研究成果《Single-electron spin resonance in a nanoelectronic device using a global field》发表在Science Advances杂志上。 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2021-8-19
    最后回复 牵嫣 2021-8-19 08:13
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  • 当我们讨论“量子计算”时我们在讨论什么?
    请收好,这是一份《量子计算公开课》阅读指南。#技术派的书架# 量子力学是对概率法则的精彩推广:基于2-范数而不是1-范数,基于复数而不是非负实数。它可以完全独立于物理学应用而被研究(并且事实上,这样做会为之后学习物理学应用提供一个很好的起点)。这种推广的概率理论自然地指向了一个新的计算模型——量子计算模型。它挑战了人们一直以来关于计算的先验性的想法,哪怕和物理学没有联系,它也足以使理论计算机科学家们为各自的目标埋头苦干。 总之,一个世纪前,人们为了解决物理的技术性问题而发明了量子力学,但是今天的量子力学可以从一个完全不同的角度卓有成效地被解释:作为思想史的一部分,在数学、逻辑、计算和哲学中探求可知的极限。 在《量子计算公开课》本书中,我将努力实践上述观点,并选择一段不慌不忙、弯弯绕绕的路径做到这一点。 量子计算理论先锋 2020年ACM计算奖得主 斯科特·阿伦森的经典之作 https://p6.toutiaoimg.com/large/pgc-image/fbb7536009a844439067248385e67593 在第 1 章,我尽可能地以我所能靠近的“开端”——古希腊哲学家德谟克利特——开始。德谟克利特幸存下来的一些理论片段——其中包括,推测所有的自然现象都源于几种微小“原子”之间的复杂相互作用,它们在几乎空着的空间中尽情呼啸——比其他任何古代思想都更接近现代科学的世界观(当然比柏拉图或亚里士多德的任何思想都更接近)。 然而,还没等到德谟克利特确切地阐述原子论的假设,他就不安地发现,这个假设想要将他可能原本想首先解释的感官经验“整个吞下”。那些东西怎么可能被简化成原子的运动呢?德谟克利特将这个困境以理性和感觉之间的对话的形式表现了出来。 理性:“感觉上存在的是浓郁的芬芳、深深的痛苦、缤纷的色彩,但实际上存在的是原子和虚空。” 感觉:“愚蠢的理性,你是想要推翻我吗?不要忘了,你只有从我这里才能得到确证!” 这两行对话将成为整本书的某种试金石。我的一个主题将是,在理性与感觉2300 年之久的辩论中,量子力学看上去如何给了它们双方意想不到的新武器,同时(我认为)依旧没有产生明显的胜者。 在第 2 章和第 3 章中,我继续讨论了我们所拥有的不明显依赖于物理世界“残酷事实”的最深层次的知识——数学。即使在那两章中,我内心里(并且我怀疑,还有许多其他计算机科学家内心里)还是对那些明显有物理学印记的数学持有怀疑,比如偏微分方程、微分几何、李群,或其他任何“太连续”的东西。因此,我转而开始用一些到目前为止发现的最为“免物理”的数学:集合论、逻辑和可计算性。 我讨论了康托尔、弗雷格、哥德尔、图灵、邱奇和科恩的伟大发现,这有助于了解数学推理本身的轮廓。并且,在说明为什么所有的数学都不能被约化为一个固定的“机械过程”的课程里,这还展示了它们中有多少可能被约化,并从根本上阐明了我们说“机械过程”的意思。 在第 4 章中,既然无法抗拒,我也就开始涉足人脑是否也被“固定的机械过程”所掌控这一古老的辩论。我尽量公正地给出了不同的立场(但无疑也暴露了我自己的偏见)。 第 5 章介绍了可计算性理论现代版的“表亲”——计算复杂性理论,它在这本书的剩余部分中起着核心的作用。尤其是我试图说明,计算复杂性如何可以让我们系统地考虑关于知识范围的“深刻的哲学之谜”,并将其转换为“仅仅是”极度困难的、尚未解决的数学问题,而且抓住大部分我们想知道的东西!关于这种转换,没有比 P 与 NP 问题更好的例子了,于是,我在第 6 章讨论了它们。然后,作为量子计算的热身,第 7 章探讨了“经典”随机性在计算复杂性和生活其他部分中的多种用途。然后,第 8 章介绍了从 20 世纪 70 年代起,计算复杂性的想法如何被应用于对密码学理论和实践的革命。 https://p3.toutiaoimg.com/large/pgc-image/b266ec5463804ab98d090dc73ce3b2b2 2021年4月15日 国际计算机协会(ACM)宣布 斯科特·阿伦森 荣获2020年ACM计算奖 这一切只是为了给本书最“臭名昭著”的部分——第 9 章——搭建舞台。它介绍了我对于量子力学是“推广了的概率论”的观点。然后,第 10 章介绍了我自己领域的基础知识——量子计算理论,它可以被简单地定义为量子力学与计算复杂性理论的合并。作为坚持读完这么多技术材料的“回报”,在第 11 章里,我仔细检查了罗杰·彭罗斯爵士著名的想法,即大脑不仅是量子计算机,还是量子引力计算机,能够解决图灵不可计算问题。而这,或类似的东西,可以利用哥德尔不完备性定理来证明。指出这些想法的问题是小菜一碟,并且我也这样做了,但我发现更有趣的是去问,彭罗斯的猜测中是否可能有真理的金子? 第 12 章面对的是我所认为的量子力学的核心概念问题:不是说未来是不确定的(谁在乎呢?),而是说,过去也是不确定的!我考察了两种对于这个问题截然不同的反应:第一种是在物理学家中受欢迎的,即诉诸“退相干”,以及由热力学第二定律提供的“有效时间箭头”;第二种是“隐变量理论”,如玻姆机制。虽然隐变量理论被拒绝了,但我发现它们会指向一些非常有趣的数学问题。 该书的剩余部分是对早期的观点的应用,针对的是数学、计算机科学、哲学和物理学中各种大的、令人振奋或有争议的问题。后面的各章与前面的相比,更多地讨论了更新的研究——主要在量子信息和计算复杂性方面,但也有一点儿量子引力和宇宙学——这都是令我震惊的研究,且在我看来为那些“大问题”的解决提供了一点儿希望。因此,我希望后面各章的内容能比前面各章先过时!虽然有一点儿轻微的相关性,但后面各章基本可以按照任何顺序去读。 https://p26.toutiaoimg.com/large/pgc-image/f9920af7902e4870bb1452ba74fe6168 第 13 章讨论了数学证明的新概念(包括概率证明和零知识证明),然后利用这些概念来理解隐变量理论的计算复杂性。 第 14 章讨论的是量子态“大小”的问题——它们能否编码指数多的经典信息?然后,我把这个问题一方面与关于量子力学诠释的辩论联系了起来,另一方面与最近对于量子证明和建议的复杂性理论研究联系了起来。 第 15 章探讨了量子计算“怀疑论者”的论点:他们不仅认为建造一个实用的量子计算机是困难的(每个人都同意这点),而且认为由于某种根本的原因,这永远都是不可能实现的。 第 16 章探讨了休谟的归纳问题,并将其作为起点讨论了计算学习理论,以及最近关于量子态可学习性的工作。 第 17 章讨论了我们对经典和量子交互证明系统(即 IP=PSPACE 以及 QIP=PSPACE定理)理解的一些突破,但最大的兴趣点在于那些已经导致了非相对化电路下界的突破——因此,这可能会给 P 与 NP 问题带来一些曙光。 第 18 章考察了著名的人择原理和“末日论”。讨论以高度的哲学性开始(当然得这样),但最终迂回到对后续选择量子计算以及 PostBQP=PP 定理的讨论。 第 19 章由对纽科姆悖论和自由意志的讨论,通向康威 – 科亨的“自由意志定理”,以及贝尔不等式在生成“爱因斯坦认证的随机数”时所起的作用。 第 20 章讨论了时间旅行:用一种现在已经熟悉的模式,从一个广泛的哲学讨论开始,以一个证明结束,该证明是说,拥有封闭类时曲线的经典或量子计算机产生的正是 PSPACE 的计算能力(它所依托的假设对那些有趣的反对意见是开放的,我会对此详细讨论)。 第 21 章讨论了宇宙学、暗能量、贝肯斯坦界以及全息原理。但是,并不奇怪的是,这些讨论都着眼于这一切对于“计算的极限”意味着什么。比如,一个人可以储存或者搜索多少比特,以及一个人可以对这些比特执行多少操作,而无须使用创造一个黑洞那么大的能量? 第 22 章是“甜点”:它是基于这门课的最后一节而写的,其中学生可以随便问我任何问题,看我如何挣扎着回应。讨论的主题包括:量子力学垮台的可能性、黑洞与“模糊球”、计算复杂性理论中谕示结果的相关性、NP 完全问题和创造性、“超量子”的关联、随机算法的去随机化、科学、宗教以及理性的本质,以及为什么计算机科学不是物理学系的一个分支。 https://p5.toutiaoimg.com/large/pgc-image/deb99555d26e4721a9a00fd9a707c05c 最后说几句。有一件事情,你不会在这本书中找到——对于量子计算“实用性”的广泛讨论:无论是物理实现,还是纠错,或者肖尔算法、格罗弗算法以及其他基本量子算法的细节。造成这一疏忽的原因之一是以下情况附带的:这本书是基于我在滑铁卢大学量子计算研究所的讲座而写的,那些学生已经在其他课上学习了所有关于那些方面的知识。第二个原因是,这些知识在许多其他的书和网上课堂笔记(包括我自己的一些)中都有 ,我认为没有必要推倒重来。但第三个原因是,坦率地说,建立一种新型计算机的技术前景尽管非常令人振奋,但那不是我进入量子计算领域的根本原因。(嘘,请不要把我说的话告诉任何资助机构的董事。) 需要明确的是,我认为我在有生之年看到实用量子计算机是完全有可能的(当然,也有可能不会看到)。如果我们确实有了可扩展的、通用的量子计算机,那么它们几乎肯定会找到真正的用武之地(破译密码甚至都不算):我认为主要是对于像量子模拟这样的专业研究,不过退一步,也包括解决组合优化问题。一方面,如果那真的发生了,那么我希望我会跟世上所有的人一样兴奋——当然,如果我做过的工作可以在新的世界里找到应用的话,我会乐疯了的。另一方面,如果有人明天给我一个实用的量子计算机,那么就我个人而言,我承认我想不出自己会拿它来做什么:我只能想到其他人可以用它来做的事情! 部分出于这个原因,如果可扩展的量子计算被证明是不可能的,那么这将让我比听到它被证明为可能时的感觉兴奋一千倍以上。因为这样的失败将意味着我们对量子力学本身理解的错误和不完备:一场物理学革命!不过作为一个先天的悲观主义者,我的猜测是,大自然不会对我们如此好心,可扩展的量子计算终将成为可能。 总之,你可以说,比起我们可以对量子计算机做的事情,我待在这个领域更多的原因在于量子计算机出现的可能性为我们对世界的理解已经做的事情。要么,实用的量子计算机可以被造出来,可知的极限不是我们所认为的那样;要么,它们不能被造出来,量子力学原理本身需要被修订;要么,就是有一个迄今还难以想象的方法来利用现有计算机有效地模拟量子力学。所有这三种可能性听起来都像是狂人猜想,但其中至少有一个是对的!所以不管结果是什么,有哪句话比这句“这真有趣”更贴切(逆向抄袭某电视广告)? 本文节选自《量子计算公开课》引言部分,应编辑邀约,作者在中文版出版前做了内容修订和增补,详情了解请参阅更多书籍内容。 原文章作者:人民邮电出版社,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2021-8-17
    最后回复 值蓊 2021-8-17 23:00
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  • “为量子计算贡献中国力量”记录郭院士与量子信息的点滴
    来源:安徽财经网 市场星报、安徽财经网(www.ahcaijing.com)、掌中安徽讯(张梦怡) 近年来,量子计算在全世界发展迅猛,但产业发展刚刚起步。“如果等待国内量子计算的相关技术发展起来,再去考虑产业化,将为时已晚。”中国科学院院士郭光灿说,“我就不相信,不靠国外,我们在自己的土壤上培养不出量子计算的人才。”近日,记录讲述郭光灿院士的回忆录《郭光灿传》全面上线,里面详细记录了郭院士和量子信息的点点滴滴。 对量子信息科学的执着追求——连续四年申请973,终获成功 从20世纪80年代,郭光灿就开始研究量子光学,到2000年,用郭光灿自己的话说,他坐了15年的“冷板凳”,三次申请973项目均以失败告终。 1998年,国家实施973计划,支持有重大应用前景的基础研究。“我认为量子信息是最合适的,它将来会有量子计算机、量子密码,我信心满满地递交了申请书,可是申请书地上去了就没了下文。”因为大部分的教授研究的都是经典信息,甚至还有一些科学家任务量子信息是“伪科学”。然而,面对量子信息这一大好机遇,郭光灿认为,他决不能让自己和他的祖国错过这一个机遇。 1999年,在经历了一次失败之后,郭光灿第二次申请了国家的973项目,可那一次又失败了。这时,郭光灿的科研经费已经到了山穷水尽的境地。他在中科院一笔5万元的经费下度过了艰难的一年,并着手在中科大成立了量子重点实验室。可以想象,初始的量子实验室有多简陋。“我的实验室只有一台386机器,一台针式打印机,就这两个设备。我的研究生们都是轮流用这台386机器。”后来还有一个学生回忆说,当时他们都是排着队用设备的,谁到点了,就算没算完也得下来轮到别人。 2000年,郭光灿满怀希望第三次申请973项目,结果还是失败了。“只要有一点希望,我就会去做,尽管经历了三年都不成功。出差一个人,到宾馆一个人,做报告我一个人,一个人修改报告,那个时候确实感到比较孤独。”郭光灿一边要领导他的实验小组完成论文,一边又到处去申请经费,到处碰壁。但是他却依旧很乐观、坚强地去面对,他坚信自己一定会成功,坚信量子信息科学一定会被国人所接受。 2001年,量子信息重点实验室也遭遇了前所未有的困难。实验室没有场地,学生们面临着没有办法做实验的窘境,这对于一个实验室来说是致命的打击。在这样艰难的环境下,郭光灿仍旧凭借自己不屈不挠的精神,多方周旋,为实验室争取来了场地,保住了实验室。也正是在这一年,郭光灿第四次申请973项目,终于获得了成功。这是国家首个在量子信息领域的973项目,他拿到了2500万的科研经费。“我从1998年开始申请,每一年都失败,屡战屡败,屡败屡战。”郭光灿说道。 对国家科学发展的大公无私——拿到千万经费考虑的是国家量子信息的未来 申请到973项目后,郭光灿作为首席科学家,他不仅仅考虑自己的团队,而是考虑国家量子信息未来的发展。 “这么大一笔钱,也是国内第一个量子信息的973项目,我不能把这个钱全部用来发展我的个人团队。”郭光灿说道。他认为,中国要在世界上和强国竞争,光靠一个团队是肯定不行的,他必须团结国内所有的力量来壮大这个队伍,全方位地发展量子信息科学。 正是有了这样的“大义”,郭光灿后来组建了最初的量子信息科学队伍。时间证明,他是对的。从这个队伍里里,走出了5位院士,他们分别为郭光灿、彭堃墀、孙昌璞、潘建伟、杜江峰。他们分别是五位课题组长,先后被评为中科院院士。而后这个队伍里的十多位年轻的学术骨,又被作为首席科学家承担科技部973项目。 时隔二十年,如今再看,可以毫不夸张地说,郭光灿主导的这个973项目的实施,是今天中国量子信息科技蓬勃发展,并在国际上占有一席之地获得话语权的重要转折点,也为中国量子信息科学书写下了浓墨重彩的一笔。 对人才培养的孜孜不倦——咱培养的“土博士”一点不比“洋博士”差 几十年如一日,郭光灿在自己的实验室,在祖国大地上培养出了一批又一批的人才,这种代代传承的科学精神也将引领着一代又一代的量子科学人才坚定地走下去。 1998年,郭光灿在组织量子信息香山科学会议时,曾经书信邀请过“两弹一星”功勋奖章获得者钱学森先生担任会议主持,还收到了钱学森的回信。尽管最后钱老因身体愿意婉拒,但回信中的一字一句对于郭光灿来说,都是一种肯定与鼓励,也激励着他在量子信息推广的道路上坚定前行。而郭光灿也将这样一种力量传承了下去。 “我这一辈子做好了一件事,培养了一批人,我也兑现了对学校、对国家的承诺,承担了我这一代的国家责任,履行了历史担当,此生无憾。”郭光灿这样评价自己。他现在还有一个愿望,就是希望量子计算机走出实验室,开始工程化建设,最终走向产业化,被所有的国人用上。 多年来,郭光灿带领着团队,在量子信息领域深耕细作,开拓创新,在量子保密通信、量子计算、量子纠缠网络等领域做出了一系列国际一流水平的原始创新科研成果,同时也培养了一支具有开拓创新能力的研发队伍。 近年来,量子计算在全世界发展迅猛,但产业发展刚刚起步。“如果等待国内量子计算的相关技术发展起来,再去考虑产业化,将为时已晚。”郭光灿说,“我就不相信,不靠国外,我们在自己的土壤上培养不出量子计算的人才。” 2017年,郭光灿与他的学生中科大郭国平教授联合创立合肥本源量子计算科技有限责任公司,这是中国第一个致力于量子计算机全栈式开发、开创中国量子计算工程化先河的创业团队。近年来,该公司研发出国内首个工程化超导量子计算机“本源悟源”、首款国产量子计算机操作系统“本源司南”,并与晶合科技共建国内首个量子芯片联合实验室。本源量子计算产业联盟成立于2018年,成员企业(单位)涉及包括金融建模、海洋超算、轮船制造、传感应用、人工智能、低温制冷、生物科技、大数据等领域。根据不同行业的应用落地,该联盟已分别建立了量子计算上下游生产制造联盟、量子计算应用生态联盟和量子计算科普教育联盟。 “为量子计算贡献中国力量”,这也是本源量子——这个从中科大孵化出来的企业,一直以来都在坚持做的事情。这个小组从最早的4个人发展到现在一百多人。 “实验室里的技术再强大,再尖端,也只是发表一两篇世界期刊的杂志。要从实验室走向工程化,这个过程非常非常漫长,我们要把论文写在祖国的大地上。我希望本源的量子工程师们可以坚持做下去,我们作为科学家也会给予你们最大的支持。”郭光灿说,“我希望看到的是一代又一代的量子行业的年轻人为量子信息贡献自己的力量。对于他们(学生)来说,我是一棵大树。中国有一句话叫做‘大树底下不长草’,我不干涉他们,必须放手让他们去冲,去闯。还有一句话叫‘大树底下好乘凉’,我希望我是那棵可以乘凉的大树,当他们遇到解决不了的问题时来找我,我是他们的大树。” 本文来自【安徽财经网】,仅代表作者观点。全国党媒信息公共平台提供信息发布传播服务。 ID:jrtt 原文章作者:全国党媒信息公共平台,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2021-8-16
    最后回复 贾丝雨 2021-8-16 22:35
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  • 晶体棱镜为量子计算芯片带来了更好的控制能力
    尽管量子计算的未来十分值得期待,但目前仍有许多问题有待解决,比如一次控制几十个量子比特。现在,新南威尔士大学(UNSW)的研究人员们,已经找到一种独特的方法。据悉,通过在芯片中添加一组晶体棱镜,即可同时控制数百万个量子比特。 https://p6.toutiaoimg.com/large/pgc-image/SgFAvjsF8vwI2c 概念图(来自:UNSW/ Tony Melov) 如上图所示,晶体介电谐振器有助于将微波能量集于到磁场,并借助该磁场来控制硅芯片中量子比特的旋转(蓝色箭头)。 传统计算机以“0”和“1”组成的二进制方案,来存储和处理信息。不过在量子计算机中,还存在着同时为“0”或“1”的量子态。 https://p6.toutiaoimg.com/large/pgc-image/SgFAvkYDNNqt5I 研究配图 - 1:用于片外 ESR 和 DR 模拟的设备堆栈 尽管因此拥有了巨大的处理性能潜力,但量子计算机仍存在着一些难以被克服的问题。 据悉,在硅量子处理器中,信息被编码到电子的“上下自旋”中,以分别代表“0”和“1”。 通常情况下,相关操作是通过与量子比特一起运行的电线所产生的磁场调节来实现的。 https://p5.toutiaoimg.com/large/pgc-image/SgFAvl1E2Acc76 研究配图 - 2:具有锁存自旋阻塞读出的硅双量子点 截止目前,概念验证用的量子计算芯片,已经演示了对数十个量子比特的控制方法。 但要实现真正强大的运算,至少需要数十万、甚至数以百万级的量子比特。 尴尬的是,电力布线会占用芯片中的宝贵空间,并产生过多的热量。 https://p26.toutiaoimg.com/large/pgc-image/SgFAvmHCO6TDNS 研究配图 - 3:ESR 结果 好消息是,新南威尔士大学团队提出了一套新方案,能够同时向大量量子比特传递电磁场。助其实现这一目标的,就是一种被称作“介电谐振器”的晶体棱镜。 位于硅芯片正上方的该装置,能够将微波引导并聚焦到低于 1 毫米的波长,从而产生一个可用于控制下方量子比特自旋的磁场。 研究通讯作者 Jarryd Pla 表示,这项技术有两大创新点: 首先,我们无需投入大量功率,来为量子比特提供强大的驱动磁场,因而发热量也不会太大。 其次,整个芯片的磁场非常均匀,那样就算规模达到百万级的量子比特,也可基于同样的方案来实现控制。 Engineers Make Critical Advance in Quantum Computer Design(via) 在当前的实验中,研究团队已能够利用该磁场来翻转单个量子比特的状态。不过想要同时产生两种状态的叠加,仍依赖于进一步的研究。 研究团队表示,该方案有望最终实现一次对 400 万个量子比特的控制。有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《科学进展》(Science Advances)杂志上。 原标题为《Single-electron spin resonance in a nanoelectronic device using a global field》。 原文章作者:cnBeta,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2021-8-16
    最后回复 攸爸 2021-8-16 20:35
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  • 全球量子周报:中国21省将量子科技纳入“十四五”规划
    国内篇 21个省级行政区将量子科技纳入“十四五” 北京、上海、广东、安徽等21个省级行政区将量子科技纳入“十四五”规划,安徽省重点打造具备全球影响力的量子中心,构建量子信息创新成果策源地。广东省目标到2025年,建成广东“量子谷”,打造世界一流的国际量子信息技术创新平台和我国量子信息产业南方基地。 https://p26.toutiaoimg.com/large/pgc-image/6404aa5e16f34fcda409fcc3772392f1 图片来源:本源量子 原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/UFfbHm6SjJ3cKrUL6dgDmQ 香港科技大学首次探索量子计算在汽车行驶工况分析中的应用 悉尼大学和香港科技大学的研究小组通过“量子傅里叶变换估计行驶工况”,能够通过在IBM-Q16 Melbourne量子模拟器上的15量子比特运行更快地达到傅里叶驱动的行驶工况建模结果。 此前,大众汽车与 D-Wave就推出了交通模拟系统,量子计算在汽车行业的探索仍在继续... 原文链接: https://www.nextplatform.com/2021/08/10/quantum-takes-the-scenic-route-in-automotive/ 国际篇 芬兰科学院启动600万欧元专项资金 芬兰科学院启动600万欧元的专项资金,支持EuroHPC超级计算基础设施的使用、量子计算机及高性能计算。 https://p5.toutiaoimg.com/large/pgc-image/ec2fab2d90d545eb80b75f491664ce24 来源:Academy of Finland 本次启动的专项资金旨在支持多元化未来计算生态系统的发展,并将计算专业知识扩展到新的领域,同时促进科学更新和多样性、研究质量和科学影响以及学术界以外的影响。 原文链接: https://www.aka.fi/en/research-funding/apply-for-funding/calls-for-applications/for-research-teams/special-funding-for-eurohpc-quantum-computing-and-high-performance-computing/ Riverlane获量子软件首份合同 Riverlane已获得向英国国家量子计算中心(NQCC)提供量子软件的第一份合同。NQCC由英国研究与创新部门资助,致力于加速英国量子计算的发展。 https://p26.toutiaoimg.com/large/pgc-image/753aa7fb546640d8a869043c442bc315 来源:Riverlane 原文链接: https://www.riverlane.com/news/2021/08/riverlane-to-supply-quantum-software-to-the-uks-national-quantum-computing-centre/ 美国一空军基地被指定为量子信息科学研究中心 俄亥俄州莱特-帕特森空军基地(AFRL)——空军研究实验室现在被指定为美国空军和美国太空部队的量子信息科学研究中心。 https://p6.toutiaoimg.com/large/pgc-image/1e94c5c792de469ca3069403853747f8 图片来源:AFRL AFRL指挥官Heather Pringle表示:“这一任命表明了AFRL在量子信息科学方面的深厚技术专长在国家层面得到长期认可,其应用范围广泛,包括用于量子增强定位、导航和计时的时钟和传感器,量子网络以及量子计算,这一指定使AFRL能够扩大其在政府、行业和学术界之间的合作,进一步加速量子技术的研究、开发和部署。” 原文链接: https://afresearchlab.com/news/afrl-designated-as-quantum-information-science-research-center-for-air-force-and-space-force/ 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2021-8-16
    最后回复 乙骑看 2021-8-16 18:00
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  • 科学家称,一个简单的晶体最终会实现真正的大规模量子计算
    当前,疫苗和药物开发、人工智能、运输和物流、气候科学等等领域,都将随着全尺寸量子计算机的发展而发生变化。在过去的十年里,针对量子计算的投资也出现了爆炸性的增长。 然而,目前的量子处理器规模相对较小,只有不到100个量子位 —— 量子计算机的基本构建块。 位是计算中最小的信息单位,术语量子位源于“量子比特(quantum bits)”。 虽然早期的量子处理器对于展示量子计算的潜力至关重要,但要真正实现全球重要的应用,可能就需要具有超过 100 万个量子位的处理器。 一项新的研究可能会解决扩展量子计算机的核心问题:我们如何从控制几个量子位元发展到控制数百万个量子位元?在今天发表在 Science Advances 上的研究中,科学家们揭示了一种可能提供解决方案的新技术。 量子计算机到底是什么? 量子计算机使用量子位来保存和处理量子信息。与经典计算机中的信息位元不同,量子位元利用自然界的量子属性,即所谓的“叠加”和“纠缠”,以比经典计算机更快的速度进行一些计算。 与用0或1表示的经典位不同,一个量子位可以同时以两种状态存在(即0和1)。这就是我们所说的叠加态。 谷歌和其他公司的演示表明,即使是目前处于早期阶段的量子计算机,在执行一项高度专业化(尽管不是特别有用)的任务时,也可以超过地球上最强大的超级计算机,达到我们称之为“量子霸权”的里程碑。 谷歌的量子计算机由超导电路建造而成,只有53个量子位元,并在高科技“冰箱”中冷却至零下273摄氏度以下。这种极端的温度是为了消除热量,热量会给脆弱的量子位元带来误差。虽然这样的演示很重要,但现在的挑战是构建带有更多量子位元的量子处理器。 新南威尔士大学悉尼分校(UNSW Sydney)正在尝试用日常电脑芯片中使用的材料 “硅” 制造量子计算机。传统的硅芯片只有拇指指甲盖大小,内部可以封装数十亿位元,因此使用这种技术来建造量子计算机的前景是令人信服的。 控制的问题 在硅量子处理器中,信息存储在单个电子中,这些电子被困在芯片表面的小电极下。具体来说,量子位被编码到电子的自旋中。它可以被描绘成电子内部的一个小指南针。指南针的指针可以指向北或南,分别代表0和1的状态。 要将量子位设置为叠加状态(0 和 1),这是所有量子计算中都会发生的操作,必须将控制信号定向到所需的量子位。对于硅中的量子位,这种控制信号采用微波场的形式,很像用于通过 5G 网络进行电话通话的信号。微波与电子相互作用并导致其自旋(罗盘指针)旋转。 目前,每个量子位都需要自己的微波控制场。它通过一条从室温到接近-273℃“冰箱”底部的电缆传送到量子芯片。因为每根电缆都会带来热量,所以这些热量必须在到达量子处理器之前被移除。 大约50个量子位,这是当今最先进的,这很困难但可以管理。 当前的“冰箱”技术可以应对电缆热负荷。 然而,如果我们要使用具有一百万或更多量子位的系统,这将会是一个巨大的障碍。 解决方案是“全局”控制 上世纪90年代末,科学家们提出了一种优雅的解决方案,以应对如何向数百万自旋量子位传递控制信号的挑战。 “全局控制”的想法很简单:在整个量子处理器上广播单个微波控制场。 电压脉冲可以局部施加到量子位电极,使单个量子位与全局场相互作用(并产生叠加态)。在芯片上生成这样的电压脉冲比生成多个微波场要容易得多。 该解决方案只需要一根控制电缆,并去除了显眼的片上微波控制电路。 二十多年来,量子计算机的全局控制依旧是一个想法。 研究人员无法设计出一种合适的技术,可以与量子芯片集成并以适当的低功率产生微波场。 在最近的这项新研究中,科学家们展示了一种称为“介质谐振器”的组件最终可以实现这一点。 介质谐振器是一种小型透明晶体,可在短时间内捕获微波。 微波的俘获,一种称为共振的现象,使它们与自旋量子位相互作用的时间更长,并大大降低了产生控制场所需的微波功率。 这对于在“冰箱”内运行该技术至关重要。 在该项研究的实验中,科学家使用介质谐振器在一个可以包含多达四百万量子位元的区域上产生一个控制场。虽然,在这次演示中使用的量子芯片是一个有两个量子位元的装置。但科学家可以证明晶体产生的微波可以反转每个晶体的自旋态。 通往全尺寸量子计算机的道路 实际上,在这项技术完成控制一百万个量子位元的任务之前,还有很多工作要做。在科学家的研究中,他们设法改变了量子位元的状态,但还没有产生任意的叠加态。 实验正在进行中,以证明这种关键的能力。科学家还需要进一步研究介质谐振器对量子处理器其他方面的影响。 也就是说,我们相信这些工程上的挑战最终将是可以克服的,未来将清除实现大规模自旋量子计算机的最大障碍之一。 如果朋友们喜欢,敬请关注“知新了了”! 原文章作者:知新了了,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2021-8-16
    最后回复 蔺娅斑 2021-8-16 12:04
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  • 一个完整的量子计算平台
    图片来源:丹麦技术大学 在一项新的开创性工作中,DTU 的研究人员现在已经实现了光量子计算机的完整平台。该平台具有通用性和可扩展性,一切都在室温下进行,并且该技术与标准光纤网络直接兼容。这使 DTU 处于开发的最前沿。 光量子计算机长期以来一直被超导技术所掩盖,而超导技术已被 IBM 和谷歌等科技巨头运行的大型开发项目加速。现在情况正在发生变化,其中一个原因是 DTU 物理基础研究中心 bigQ 的研究人员进行的一系列开创性项目。 事实上,DTU 的研究人员并不仅限于为光学量子计算机或仅为量子模拟器开发单个组件。他们正在坚定地致力于开发基于通用测量的光学量子计算机。 可以运行任意算法 尽管 DTU 研究人员正在开发的量子计算机类型在概念上与普通计算机有很大不同,但也有相似之处。 有一些基本的逻辑设备(量子位)承载信息,还有一些门可以对一个或多个量子位执行操作,从而实现一种算法。 所谓的通用门集的演示——以及通过它实现的许多操作——正是构成光量子计算新进展的原因。 “我们展示的一组通用门绝对是至关重要的。这意味着在我们的平台上可以实现任何算法,只要给定正确的输入,即光学量子位。计算机是完全可编程的,”Mikkel Vilsb?ll Larsen 说,他一直是工作背后的主要推动力,最近完成了他的博士学位。在 DTU 学习。 缩放使量子计算机具有实际意义 量子计算机的潜力是巨大的,相对于标准的基于晶体管的计算机而言,其显着提高的处理能力将在对丹麦非常重要的广泛领域实现颠覆性创新,例如制药业、运输部门的优化、和开发用于碳捕获和储存的材料。 实现这一潜力的一个关键因素是,量子计算机是在一个可扩展到数千个量子位的平台上实现的,高级研究员乔纳斯·S·尼尔加德-尼尔森解释说,他是这项工作的支柱之一。 “从理论上讲,量子计算机是基于超导还是光学量子位没有区别。但有一个决定性的实际差异。超导量子计算机仅限于特定处理器芯片上制造的量子位数量。在我们的系统中,我们不断创造新的,并将它们与我们正在执行计算的那些量子机械地纠缠在一起。这意味着我们的平台很容易扩展。” “此外,我们不需要在大型低温恒温器中冷却所有东西。相反,我们可以在室温下在光纤中进行所有操作。系统基于光纤的事实也意味着它可以直接连接到未来的量子互联网,没有困难的中介。” 研究人员早在 2019 年就通过了扩展里程碑,当时——在《科学》杂志的一篇文章中——他们解释了作为世界上第一个,他们如何为基于测量的光学量子计算机生产基本结构——一个如此-被称为具有超过 30,000 个纠缠光态的二维簇态。 已经坚定地向前看 尽管他们可能会暂时满足于现状,但研究人员团队已经有了新的目标。 今年早些时候,他们开发了一个完整的理论框架并申请了专利,以说明他们的技术如何能够长期接受纠错。这是量子计算技术当前面临的重大挑战之一。 “这是我们刚刚发表的一项重要研究成果,我们为此感到自豪。但我们的雄心远不止于此。长期目标是能够解决相关问题并发挥我们潜力的量子计算机所有人都在努力,”bigQ 负责人、监督整个研究项目的 Ulrik L. Andersen 教授说。 “我们知道将我们当前的技术放在光学芯片上并引入纠错需要什么,我们有相关的国际合作。这同样适用于企业部门,公司渴望与我们一起开发用例。” 换句话说,DTU 的研究人员已准备好迎接下一个挑战,并从基础研究到创新迈出下一步。事实上,资金是唯一缺少的东西。 该研究发表在《自然物理学》杂志上。 更多信息: Mikkel V. Larsen et al, Deterministic multi-mode gates on a scalable photonic quantum computing platform, Nature Physics (2021). DOI: 10.1038/s41567-021-01296-y 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2021-8-15
    最后回复 乔雅娴 2021-8-15 09:30
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  • 最全量子计算硬件概述(建议收藏)
    阅读目录: 一、量子计算简介 二、可行量子计算机的5大准则 2.1 表征量子比特 2.2 能很好的将量子态初始化至初态 2.3 拥有一套通用的量子门操作 2.4 具有特定量子比特的测量能力 2.5 退相干时间与门操作时间比值 三、量子计算机的硬件结构 3.1 量子数据平面 3.2 控制和测量平面 3.3 控制处理器平面 3.4 主处理器 四、量子比特技术 4.1 离子阱量子比特 4.1.1 基本原理和现状 4.1.2 现状 4.1.3 机遇和挑战 4.2 超导量子比特 4.2.1 基本原理和现状 4.2.2 现状 4.2.3 机遇和挑战 4.3 其他量子比特技术 4.3.1 光量子 4.3.2 中性原子 4.3.3 半导体 五、总结和未来展望 一、量子计算简介 量子计算是指利用量子的特性,也就是自然界在原子尺度上的特性,来解决复杂的问题,计算速度远超经典计算机。量子计算机并不是简单的经典计算机的更快版本,它们是一种根本不同的计算模式,因为量子计算机利用量子力学的基本规律进行计算。 量子的奇异特性,即量子计算比特(称为 “量子比特“)在同一时间可以处于多种状态并可以相互连接,为高度并行的信息处理打开了大门,带来了前所未有的新机遇。 量子计算有可能被应用于解决密码学、化学、医学、材料科学和机器学习等领域的重要问题,而这些问题对于传统计算机来说是相对困难的。虽然目前还不清楚哪些具体的任务可以从并行的量子处理(即量子并行)中获益,但预计使用量子计算机可以极大地加速一些问题的解决,特别是与优化有关的问题。 量子计算具有巨大潜力,本文的重点是量子计算硬件。量子计算硬件是一个非常活跃的研究领域。全球有100多个学术团体和政府下属实验室正在研究如何设计、构建和控制量子系统,众多科技巨头和初创公司现在正致力于将由超导和离子阱以及其他技术构建的量子计算机商业化。 尽管大众媒体的报道往往集中在量子比特的发展和目前原型量子计算芯片中的量子比特数量上,但任何量子计算机都需要采用集成硬件的方法,使用硬件来实现对量子比特的控制、编程和读取。我们将这些硬件按其功能进行划分,创建每个量子计算机所包含的四个硬件层,并描述了经典计算资源和量子计算资源之间的关系。 虽然小规模量子计算机的开发已经取得了很大的进展,但能够扩展到破解当前密码学所需规模的量子计算机的设计还没有被证明,也不能通过直接扩展当前任何一种技术来实现。 现在尚不清楚量子计算长期发展中会使用哪一类或者哪几类技术。为了让大家了解不同技术的优势和挑战,本文详细介绍目前2种最主流的量子硬件技术,离子阱和超导量子计算,以及它们的扩展问题,同时也简要介绍其他目前蓬勃发展的量子技术。 https://p26.toutiaoimg.com/large/pgc-image/9fce033072b146048ccb531a82c164e9 图1|IBM超导量子计算机(来源:IBM) 二、可行量子计算机的5大准则 制造量子计算机,或者声称实现了量子计算机原型机是一个非常严肃而且伟大的问题。虽然拥有几个或几十个比特的量子计算机,在物理系统上可以被实现,但是想要制造出可以有效工作的量子计算机对当前的科学研究来说依旧是一个不小的挑战。 https://p6.toutiaoimg.com/large/pgc-image/3e5228a718074c379f806fb0b9a6ff67 图2|DiVincenzo criteria 2000年IBM的研究员DiVincenzo提出了5条准则(即DiVincenzo criteria)和两个附加量子通信标准,只有满足准则的物理体系,才有望构建出可行的量子计算机[1]。无论采用哪种技术路线,无论是离子阱还是超导,都必须满足这5条准则。以下是5条准则的概述: 2.1 表征量子比特 https://p6.toutiaoimg.com/large/pgc-image/e1743089f91b4c11ad075ab03b0b1dcd 图3|表征量子比特 在可扩展的物理体系中,要能很好的表征(定义)量子比特。需要一个由多比特组成的,用来存储信息的量子寄存器。在量子体系中,一种能够物理上实现量子比特的最简单的方式,莫过于利用二能级物理体系。例如:电子自旋、自旋为1/2的原子核等。同时使用几种类型的量子比特可能是实现可行的量子计算机的最有前景的方式。 2.2 能很好的将量子态初始化至初态 https://p3.toutiaoimg.com/large/pgc-image/93813a1af8434495ba27ebaf96952608 图4|将量子态初始化至初态 当经典计算机无法重置时,即使其处理过程非常正确,所得的计算结果也不会令人信服。因此初始化对于经典计算机和量子计算机来说都是一个重要的部分。 2.3 拥有一套通用的量子门操作 https://p26.toutiaoimg.com/large/pgc-image/0ac0e8c49e694a2199caafae9c189b3f 图5|通用量子门 对于一台内存比较大的经典计算机,需要通过一系列的逻辑门操作,把数据编码到内存上去。对于量子计算来说需要在内存上应用任意的逻辑操作门,去完成有用的量子信息处理过程。 2.4 具有特定量子比特的测量能力 https://p5.toutiaoimg.com/large/pgc-image/966183305c4746a0bd509fe1fd5f6aa6 图6|测量特定量子比特 经典计算的结果必须显示在屏幕上或打印在一张纸上以读出结果,虽然读出过程被认为是经典计算的一部分,但它也是量子计算中的重要组成部分。 对于量子计算,需要测量运算量子算法之后的状态以提取计算结果,测量过程在很大程度上取决于所考虑的物理系统。由于退相干(量子比特非常脆弱,它对外界的微扰极其敏感,量子比特的计算状态如果由于外界影响发生变化称为退相干),量子门操作误差等原因,测量通常没有100%的准确性。如果是这种情况,必须重复多次相同计算,以达到合理且比较高的置信度。 2.5 退相干时间与门操作时间比值 https://p5.toutiaoimg.com/large/pgc-image/232a0626dc2c4fb0adcaca4f5446c22b 图7|退相干时间长 建造一个可实用的量子计算机,退相干的问题可能是一个最大的障碍。由于系统会和环境有相互作用,退相干也就意味着量子态的诸多方面都会退化,同时也会限制量子计算的最大有效时长。 但相干时间的绝对时长并不是最重要的,最核心的是相干时长与门操作时长的比值,我们在第三章的结尾的汇总表有具体说明。 此外,另2个附加标准是关于量子通信方面,这里我们不予讨论。 三、量子计算机的硬件结构 目前市场中,量子计算机几乎都采用门操作来控制量子比特,本章我们讨论门型量子计算的结构。为了帮助理解基于门型量子计算机的硬件组件,我们可以用四个抽象层来建模: [*]量子数据平面,即量子比特所在的地方; [*]控制和测量平面,负责根据需要对量子比特进行操作和测量; [*]控制处理器平面,它决定算法所需的操作和测量顺序,为后续的量子操作提供信息; [*]主处理器,这是一台经典计算机,负责处理对网络、大型存储阵列和用户界面的访问。该主处理器运行传统的操作系统/用户界面,方便用户交互,并与控制处理器有高带宽连接。 https://p9.toutiaoimg.com/large/pgc-image/52d17ae92ffa46a5a6babfe9a8eff167 图8|门型量子计算机的硬件组件 3.1 量子数据平面 任何量子计算机最重要的部分是它其中的量子比特。量子数据平面是量子计算机的 “心脏”。它包括物理的真实量子和将其固定所需的结构。它还必须包含一些必要的线路支持来测量,并对基于门型系统的物理量子进行门操作。通过量子计算机的门操作将控制信号传输到特定的量子比特,设置它的状态。 在某些方面,量子数据平面看起来类似于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)。FPGA是经典的计算设备,包含大量灵活的逻辑块。每个逻辑块都可以被配置,在程序运行时执行一个逻辑功能,逻辑块之间还可以互连。 对于基于门型系统,由于一些操作需要两个量子比特,量子数据平面必须提供一个可编程的网络,使两个或更多的量子比特能够互动。高保真度要求量子比特与环境有很好的隔离,这就限制了量子比特间连通性,每个量子比特较难直接与其他量子比特进行交互。 操作保真度和连通性都是量子数据层的重要指标 在经典计算机中,控制平面和数据平面组件都使用相同的硅技术,并且集成在同一个器件上,而量子数据平面的控制则需要根据不同的量子比特而采用不同的技术,并且由一个单独的控制层和测量层在外部完成。想要操控特定量子比特,必须发送控制信息给指定的量子比特。 在某些系统中,这种控制信号是用导线进行电传输的,所以这些导线是量子数据平面的一部分;在其他系统中,它是用光学或微波辐射传输的。传输必须以一种具有高特异性的方式实现,它只影响对应的量子比特,而不干扰系统中其他的量子比特。 随着量子比特数量的增加,会变得越来越困难;因此,单个模块中的量子比特数量是量子数据层的另一个重要参数。 量子数据平面的关键要素是单量子和双量子门的错误率、量子比特间的连通性、量子相干时间以及单个模块内包含的量子比特数等。 3.2 控制和测量平面 控制和测量平面将控制处理器的数字信号(要执行的量子操作)转换为对量子数据平面中的对量子比特进行操作所需的模拟控制信号。它还要将数据平面中的量子比特的测量输出转换为控制处理器可以处理的经典二进制数据。 控制信号的产生和传输具有一定的挑战性,控制信号中的微小误差,或者量子比特的物理设计不规范,都会影响运算结果。随着机器的运行,与每个门操作相关的误差会不断累积。 任何这些信号隔离的不完善,信号串扰(crosstalk)等都会导致在操作过程中出现本不应该有的其他微小控制信号,导致其量子比特状态产生误差。 对控制信号进行适当的屏蔽是很必要的,但比较复杂,因为它们必须通过设备,通过真空、冷却或两者结合来隔离量子数据平面(量子比特所在的位置)与其周围环境;这一要求制约了可能的隔离方法。 量子计算控制信号的性质取决于量子比特技术。例如,离子阱量子比特的系统通常依靠通过自由空间或波导传输的微波或光学信号(电磁辐射的形式)传递到量子比特的位置。 超导量子比特系统是利用微波和低频电信号进行控制的,通过导线进行通信,这些导线进入冷却设备(包括 “稀释制冷机 “和 “低温恒温器”),到达受控环境内的量子比特。 经典计算的门具有很好的抗噪声能力和可忽略的错误率,量子门操作依赖于控制信号的传递精度,并且错误率并不可忽略。 由于任何量子门的速度都不可能比实现它的控制脉冲更快,即使量子系统原则上允许超快运行,门的速度也会受到构建和传输精细的控制脉冲所需时间的限制。幸运的是,如今的速度已经足够快,门速度受限于量子数据平面,而不是控制和测量平面。目前这个门速度对于超导量子比特来说是几十到几百纳秒,对于离子阱量子比特来说是一微秒到几毫秒。 量子计算机的计算速度永远不会快于用于以执行量子门操作的控制信号产生的时间。 3.3 控制处理器平面 控制处理器平面控制并发送一系列适当的量子门操作和测量(随后由控制和测量平面在量子数据平面上执行)。这些序列执行由主处理器提供的程序,实现量子算法。程序必须由软件工具堆栈针对量子层的特定功能进行定制。 控制处理器平面最重要和最具挑战性的任务之一是运行量子纠错算法。表面码是目前纠错的主要方法。需要进行大量的经典信息处理,以根据测量的综合结果计算纠错所需的量子操作,这种处理所需的时间可能会减慢量子计算机的运行速度。为大型量子机构建一个控制处理器平面是一个挑战,也是一个活跃的研究领域。 控制处理器平面将编译代码转换为控制和测量层的指令。因此,用户不会直接与控制处理器平面交互。相反,用户将与一台主机(主处理器)交互。该平面将附着在该计算机上,并起到加速执行一些应用程序的作用。 这种类型的架构在今天的计算机中得到了广泛的应用,从图形学到机器学习再到网络。一般与主机处理器有高带宽的连接,通常是通过共享访问主处理器的部分内存,它既可以用来传输控制处理器应该运行的程序,也可以用来传输运行过程中应该使用的数据。 3.4 主处理器 主处理器是一台经典的计算机,运行的是传统的操作系统。这个计算系统提供了用户期望从计算机系统中获得的所有软件开发工具和服务。 它将运行创建要在控制处理器上运行的应用程序所需的软件开发工具,这些工具与今天的经典计算机的控制工具不同,并提供量子应用程序在运行时可能需要的存储和网络服务。 将量子处理器连接到经典计算机上,可以使其利用所有的功能,而不需要完全从头开始。 四、量子比特技术 在1994年发现Shor算法之后,人们开始认真努力寻找一个适当的物理系统,实现量子逻辑运算。本章将梳理目前候选的量子比特技术,对于2种量子比特技术,即超导和离子阱量子比特,本文讨论技术细节以及目前的挑战,以及对扩展到大型量子计算机的前景的评估。 选择分析离子阱和超导这2种技术主要有以下3个原因: 1、量子计算科技巨头采用这两种技术,比如霍尼韦尔采用离子阱;IBM、谷歌均采用超导技术路线; https://p3.toutiaoimg.com/large/pgc-image/2931cf6e677e448d8c2aec01f8c503ff 图9|霍尼韦尔离子阱量子计算机(来源:霍尼韦尔) https://p9.toutiaoimg.com/large/pgc-image/07bdca721df1446eaefa05988d9eb80e 图10|谷歌超导量子计算机(来源:谷歌) 2、量子计算获得投资最多的前10家初创硬件公司,离子阱和超导获得投资占比合计约为60%,占领半壁以上江山;比如IonQ使用的离子阱技术,Rigetti、IQM Finland、SeeQC、Quantum Circuits使用的超导技术。 https://p6.toutiaoimg.com/large/pgc-image/c07e7a3b430b434ea8bee4c8d377455d 图11 |TOP10量子计算(硬件)公司投资占比(数据来源:量子客,TQD,Quantum Computing Report) 3、从量子计算云平台后端硬件分布角度,离子阱和超导也是占绝对主力,这两类后端接入频次最高,占比合计约为80%。 https://p26.toutiaoimg.com/large/pgc-image/a84785c67c684a468683f51b101ae736 图12|量子计算云平台后端硬件分布(数据来源:量子客,TQD,Quantum Computing Report) 所以本文选择主要分析这2种技术,我们从离子阱量子比特开始。 4.1 离子阱量子比特 继1995年提出理论建议[2]之后,第一个量子逻辑门于同年利用离子阱[3]进行了演示。自最初的演示以来,量子比特控制方面的技术进步使得小规模的实验演示成为可能,并实现了较广的简单量子算法。 离子阱量子数据平面由作为量子比特的离子和将它们固定在特定位置的陷阱组成。控制和测量平面包括一个非常精准的激光(或微波)源,可以直接照射到特定的离子上以影响其量子状态,对其进行门操作,另一束激光用于冷却并实现对离子的测量,以及一组光子探测器,通过检测离子散射的光子来测量离子的状态。 https://p26.toutiaoimg.com/large/pgc-image/4608c7b106a44d828d92c7494bc7469d 图13|离子阱量子芯片封装在超高真空室内(来源:IonQ) 尽管在小规模演示中取得了成功,但用离子阱构建当前计算工业标准认为可行的可扩展的量子计算机依旧是一项重大挑战。 与集成电路实现的晶体管的大规模集成不同,构建基于离子阱量子比特的量子计算机需要整合来自许多不同领域的技术,包括真空、激光和光学系统、射频和微波技术以及相干电子控制器[4-6]。通往可行的量子计算机的道路必须解决这些挑战。 |4.1.1 基本原理和现状 https://p5.toutiaoimg.com/large/pgc-image/de6b9cce381a44579ceba792a4ce6655 图14|离子阱量子计算基本原理(来源:IonQ) 首先把原子变成了离子,用一种线性离子阱的专门芯片,将它精确地固定在三维空间中。这个小型陷阱拥有大约100个微小的电极,经过精确设计、光刻和控制,产生电磁力,将我们的离子固定在适当的位置,与环境隔离,以尽量减少环境噪音和退相干。 https://p5.toutiaoimg.com/large/pgc-image/57a36562a9e44aaa97ee16df69313e8b 图15|离子阱量子计算基本原理(来源:IonQ) 我们不会仅仅停留在一个离子上,那不会成为一个有用的量子处理器。可以将任意数量的离子加载成线性链。 这种按需重新配置的能力使我们在理论上可以创建任何东西,从一个量子比特到一个100多个量子比特系统,而无需制造一个新的芯片或改变底层硬件。 https://p9.toutiaoimg.com/large/pgc-image/924fcda029574f39a6514b04eb30d81d 图16|离子阱量子计算基本原理(来源:IonQ) 在进行计算之前,必须做好充足的准备。这主要有两个主要步骤: [*]冷却,减少了计算噪音; [*]状态准备,将初始化每个离子到一个明确定义的零态,准备执行算法。 https://p6.toutiaoimg.com/large/pgc-image/6211fb99fe4c4886ad8801422e145fa2 图17|离子阱量子计算基本原理(来源:IonQ) 我们使用一系列门操作来改变量子比特的状态,首先对其进行编码,然后对我们想要计算的信息进行操作。 为了实现这些门,使用了一组单独的激光束,每个激光束照射到一个单独的离子上,再加上一个整体光束。两束光之间的干涉产生了一个拍音,这个拍音恰好是将量子比特送入不同状态所需的能量。 https://p9.toutiaoimg.com/large/pgc-image/40bb3205c1f4440fbfdd8c476b83a505 图18|离子阱量子计算基本原理(来源:IonQ) 一旦计算完成,同时用共振激光照射所有离子来读取离子的答案。这个过程会使已经创建的任何复杂的量子信息塌缩,并迫使每个量子比特进入两种状态之一(0态或1态)。 通过收集和测量这种光线,可以同时读出每个离子的坍缩状态,其中一种状态会对激光作出反应而发光,而另一种则不会。我们将其解释为一个二进制串,其中每个发光的原子是1,每个暗原子是0。 |4.1.2 现状 基于高保真的元件,已经组装了小规模的离子阱系统,该系统可编程,构成了通用量子计算机的基础。双量子门的保真度行业领先,高达99%-99.9%,在系统中随着规模的增长,保持所有量子的高保真度是一个挑战。 尽管如此,这些原型系统的多功能性使得各种量子算法和任务能够在其上实现。完全可编程的小规模离子阱系统已经被用来实现Grover搜索算法[7,8]、Shor大数分解算法[9]、量子傅里叶变换[10,11]等。 迄今为止演示的所有通用离子阱量子计算机系统的原型都是由阱中的几个到几十个静态离子链组成。 其中,单量子门操作需要几个μs,双量子门操作需要10-100μs,取决于不同门的性质。门操作时间远小于离子的相干时间0.2-600s,相干时间取决于量子比特的种类。相干时间与门操作时间的比值上线高达10^{6}。 链中的每一个离子都可以与链中的其他每一个离子相互作用,这是因为在一个阱中,强库仑相互作用通过这些离子共享运动自由度。这种相互作用可以被用来实现非相邻离子之间的量子逻辑门,因为量子比特不是通过物理线路连接,每个量子比特都可以与其他的量子比特相互作用,不需要中间步骤。 这意味着大量减少了通信的开销,进而减少了计算噪音。从而实现量子比特之间的全连接。 |4.1.3 机遇和挑战 与目前的机器一样,早期的示范系统由一条离子链组成,并具链上各量子比特之间全连接,有效地实现任意线路结构的量子线路。 然而,在创建一个真正可扩展的、容错的离子阱量子计算机的过程中,依旧存在许多概念和技术上的挑战。这些挑战的例子包括:随着链长的增加,隔离单个离子运动的困难;用激光束单独处理的离子数量;测量单个量子比特等。 进一步将离子阱量子计算机的规模扩展到远远超出证明量子优势所需的大小,朝着实现有用的量子算法的实例发展,将需要超越单离子链方法的策略。 超越单链的第一个策略是在单个芯片中设置多条离子链,并具有分离、移动或穿梭的能力,并将一个或多个离子从一条链重新合并到另一条链[12]。这种穿梭需要一个具有多个可控电极的复杂阱。由于量子信息存储在离子的内部状态中,在实验中已经证明了这种状态不受链间穿梭的影响,所以这种方法不会造成任何可检测的退相干[13]。 新的加工技术有可能被用于在单个芯片上连接多个离子链,从而实现规模化的增长,但前提是操纵这些量子比特所需的控制器能够相应地被集成。即使这种离子穿梭在单个芯片上取得成功,最终也需要进一步扩大系统规模。目前正在探索两种方法:光子互连,以及平铺芯片。 将多个量子比特系统连接到一个更大的系统中的一种策略是使用量子通信通道。一种可行的方法是将子系统中的一个离子准备成特定的激发态,并诱导它发射光子,使光子的量子态(例如,它的偏振或频率)与离子阱量子比特纠缠在一起[14,15]。 利用光子网络连接离子阱芯片成为一条可行的路径,这种方法利用现有的光子网络技术,如大型光交叉连接开关[16],将数百个离子阱子系统连接成模块化、并行量子计算机网络提供了可能[17-19]。 超越单离子阱芯片的另一种方法是将所有的子系统进行平铺(单片集成),以创建一个更大的系统,其中一个离子阱芯片的离子可以转移到另一个芯片上[20]。这种跨不同集成电路的穿梭,需要仔细地排列穿梭通道,并对这些集成电路的边界进行特殊的准备,这一点还没有得到证明。 在这个建议中,所有的量子比特门都是通过微波场和磁场梯度来进行的,摆脱了使用激光束带来的离谐自发散射和稳定性挑战[21]。 虽然这种集成方法目前仍是推测性的,但这种方法的潜在好处是只依靠成熟的微波技术和电控制来实现关键的量子逻辑门,而不是使用激光器和光学器件,因为后者需要更高精度的元件。 对于阱中的离子,向可扩展的量子计算机发展的必要技术包括: [*]制造具有更高级别功能的离子阱; [*]组装具有足够控制能力的稳定的激光系统; [*]将驱动量子门(微波或光学)的电磁场以足够的精度传递到离子上,只影响被锁定的量子比特(最好允许一次进行多个操作); [*]提升整个系统的保真度,以满足实际应用需求。 如果这些挑战都能得到解决,人们就能利用离子阱中的优势:在所有物理系统中,代表单个量子比特的一些最佳性能,这要归功于这些天然的离子量子比特(与制造的量子比特不同),以及在小实验规模下量子门操作的高保真度。 4.2 超导量子比特 超导量子比特使用光刻的电子线路。当冷却到毫开尔文温度时,它们表现出量子化的能级(例如,由于电子电荷或磁通量的量子化状态),因此有时被称为 “人造原子”[22]。它们与微波控制电子器件的兼容性、在纳秒时间尺度下工作的能力、不断提升的相干时间以及利用光刻扩展的潜力,所有这些都使超导量子比特跻身于数字量子计算和量子退火所考虑的量子比特模式的前列。 |4.2.1 基本原理和现状 https://p5.toutiaoimg.com/large/pgc-image/dc178a047519407b80c102da5938a03a 图19|约瑟夫森结 约瑟夫森结由诺贝尔物理学奖得主Brian Josephson的名字命名,是组成超导量子比特的核心部分。其中约瑟夫森结就是由超导体-绝缘体-超导体所组成的结。当温度低于临界温度是,双电子会以库珀对的形式穿过绝缘体,形成超导电流。 https://p9.toutiaoimg.com/large/pgc-image/65421a49a84e4fe0a12d3ed2d27ea7ae 图20|能级分布 图20左:为量子化的LC电路能级分布,能级间距相同,不适合作为量子比特。图20右:如果把电感换成非线性电感(由约瑟夫森结组成),能级间距就不再相同,可以定义能量最低的两个态为0态和1态,就像原子的基态和第一激发态一样,进行量子计算。 |4.2.2 现状 目前对于操作门的现状是,单量子门[23-25]的保真度超过99.9%,双量子门[26]优于99%。错误率低于最宽松的错误检测协议的错误阈值,例如,表面代码。基于这些发展,超导量子比特电路已经被设计出来,用于演示原型量子算法[27,28]和量子模拟[29,30]、原型量子错误检测[31-34]和量子存储器[35],基于云服务的量子云计算已经可以提供给全球用户。 在量子退火技术中,有超过2000个量子比特和基于经典超导电路的集成低温控制的系统[36,37]。这是目前最大的基于量子比特的系统,其量子比特数比目前基于门型量子计算机的量子比特数(几十个)多两个数量级(100倍)。 为了实现这种规模的机器,需要仔细的设计权衡和大量的工程努力。将控制电子器件与量子比特集成在一起,使D-Wave公司能够迅速扩大其系统中的量子比特数量,但也导致量子比特是用一种损耗更大的材料制造的。故意以牺牲量子比特的保真度来换取更容易的扩展路径。 退火机中的量子比特的相干时间(0.05μs)比目前门型量子计算机中的相干时间(50μs)差了3个数量级以上,尽管这对量子退火机的限制预计比门型量子计算机要小。 门型量子计算机的进展一直强调优化量子比特和量子门的保真度,尺寸限制在几十量子比特的数量级。自1999年首次展示超导量子比特以来,门型量子计算机中的量子比特相干时间T2已经提高了5个数量级以上,目前约为50微秒左右。 这种相干性的显著改善来自于全世界各团体在材料科学、制造工程和量子比特设计方面的进步,从而减少了量子比特的能量损失。 采用超导技术的谷歌公司在2019年9月宣布实现了量子优势,表示,其量子计算机Sycamore可以在200秒内解决的特定问题,使用超级计算机将花费10000年的时间才能完成。 |4.2.3 机遇和挑战 虽然基于超导量子的大规模容错量子计算机有光明的前景,但也有许多非同寻常的障碍需要克服。在迈向大型量子处理器的道路上,门的保真度和寿命是重要的一步。这里我们概述量子处理器在向50-100量子比特发展中面临的一些挑战: [*]中规模器件的控制和高相干性。对于中大规模器件,单个量子比特的相干性不一定与简单的几个量子比特器件相同。在大型芯片上保持高相干性和高保真度控制是一个关键的挑战; [*]可扩展的校准技术。由于大量的交叉校准项,同时寻找同步的最佳工作参数,还需要先进的软件策略来校准中大规模的量子处理器; [*]提高量子比特的连接性。尽管在超导电路的三维集成方面已经取得了很好的进展,但高保真量子比特的非平面连接性(nonplanar connectivity)还没有得到证明; [*]提升门的保真度。继续改进门保真度将是降低编码一个逻辑量子比特所需的物理量子比特开销的重要一步,同时对证明算法的有效性也很重要; [*]稳健和可重复的制造。中型到大型超导电路的制造需要与持续改进的量子比特相干性和3D集成技术保持一致; 使用目前的技术,尽管有以上的挑战,但有可能扩展到1,000量子比特。然而,超过这个数字,需要更多新的技术。 4.3 其他量子比特技术 由于在扩展离子阱或超导量子计算机方面依旧存在许多技术挑战,一些研究小组正在继续探索创建量子比特和量子计算机的其他方法。这些技术的发展程度要低得多,主要依旧集中在创建单量子比特门和双量子比特门上。 |4.3.1 光量子 光量子具有一些特性,使其成为量子计算机的一项有吸引力的技术:它们是与环境和彼此之间相互作用很弱的粒子。这种与环境天然的隔离使它们成为量子通信的有效方法。这种基础通信实用性,加上具有高保真度的单比特门,意味着许多早期的量子实验都是利用光子完成的。 光量子计算机面临的一个关键挑战是如何创建稳健的双量子比特门。研究人员目前正在用两种不同的办法解决这个问题。在线性光学量子计算中,通过单光子操作和测量的结合,创造了一种有效的较强的相互作用,它可以用来实现一个概率双量子门。第二种方法是利用半导体晶体中的小结构进行光子相互作用,也可以认为是一种半导体量子计算机。 这些结构可以是天然存在的,称为光学活性缺陷,也可以是人造的,通常是一种称为量子点(quantum dot)的结构。 构建小规模线性光子计算机的工作已经取得成功,而且有一些小组试图扩大这些机器的规模。这些机器的一个关键扩展问题是光量子比特的大小。 由于光量子计算中使用的光子的波长通常在一微米左右,而且由于光子以光速移动,通常沿着光学芯片的一个维度进行布线,因此在光子器件中增加光量子比特的数量更具挑战性。然而,拥有成千上万个量子比特的阵列是可能的[38]。 |4.3.2 中性原子 中性原子是另一种处理量子比特的方法,它与离子阱非常相似,但不是使用电离原子并利用其带电的属性来固定量子比特,而是使用激光来固定中性原子。 与离子阱量子比特一样,利用光学和微波脉冲操纵量子比特,激光也被用于在计算前冷却原子。2018年,已经演示了具有50个原子的系统,原子之间的距离相对紧凑[39]。通过调整原子的间距可以控制量子比特之间的相互作用。 使用这种技术构建基于门的量子计算机,需要创建高质量的双量子门操作,并将这些操作与其他相邻的量子隔离。扩展基于门的中性原子系统需要解决许多与扩展离子阱计算机的问题类似,因为控制和测量都是是相同的。与离子阱相比,它的独特之处在于其构建多维阵列的潜力。 |4.3.3 半导体 半导体量子比特可以分为两种类型,取决于它们是使用光信号还是电信号来控制量子比特及其相互作用。光学门半导体量子比特通常使用光学活性缺陷或量子点来诱导光子之间的强有效耦合,而电学门半导体量子比特则使用施加在光刻金属门上的电压来限制和操纵形成量子比特的电子。 虽然半导体量子比特不如其他量子技术发达,但它更类似于目前经典电子学所使用的方法,经典电子学的发展完全有可能促进量子信息处理器的扩展。 最后,我们将各种技术的关键指标、优缺点以及代表公司总结于图21中。 https://p6.toutiaoimg.com/large/pgc-image/ca3e96f1b27b43598265187035924877 图21|量子计算硬件技术汇总 五、总结和未来展望 在过去的十几年中,许多量子比特技术得到了显著的改进,从而形成了今天的小型门型量子计算机。对于所有的量子比特技术来说,第一大挑战是如何降低大型系统中的量子比特错误率,同时使测量与量子比特的门操作交错进行。 上一章中提到表面码是目前纠错的主要方法。目前的系统受到双量子比特门误差率的限制,对于目前较大的系统来说,这依旧高于表面码的阈值;如果要实现量子纠错,至少需要比阈值好一个量级的误差率。 大约1000个物理量子比特,人们可以为1个逻辑量子比特实现一个距离约16的量子纠错码。假设物理量子比特错误率为10^{-3},可以实现约10^{-10}的逻辑错误率。而将物理错误率降低至10^{-4},就可以将逻辑错误率降低至10^{-18}。 这个例子说明了通过相对适度地降低物理量子比特错误率(从10^{-3}到10^{-4},只有一个数量级)在整体逻辑错误率上的实质性胜利(从10^{-10}到10^{-18},八个数量级)。 显然,通过改进制造和控制来提高物理量子比特的保真度,对于逻辑量子比特甚至是一台具有物理量子比特的机器至关重要。 下一个挑战是增加量子计算机中的量子比特数量。很明显的是,人们将能够在不久的将来使用与今天的几十个超导量子比特集成电路所使用的非常相似的方法来构建具有数百个超导量子比特的集成电路。 传统的硅扩展,扩展的步伐受到更复杂的集成电路创造制造工艺的限制,对于量子计算来说,扩展将由降低这些更大的量子比特系统错误率的困难决定,这项任务需要联合优化的集成电路、封装、控制和测量平面,以及校准方法。 离子阱计算的扩展需要设计新的囚禁系统以及这些新囚禁的控制和测量平面光学/电子学。下一代很可能使用线性离子阱,其规模将达到100个量子比特的数量级。进一步的扩展将需要对阱的设计进行另一种改变,以使离子在不同组之间的穿梭,这也要求允许更灵活的量子比特测量。 在增加量子处理器或芯片中的量子比特数量的时候,扩展使用模块化的方法将更为简单,将一些量子芯片连接在一起,而不是创建一个更大的芯片。模块化设计将需要开发模块之间快速、低错误率的量子互连,其中光子连接因其速度和保真度而最有前景。 由于超导和离子阱量子数据平面所面临的挑战,目前尚不清楚这些技术中的任何一种是否或何时能够扩展到大型纠错量子计算机所需的水平。因此,目前也不能排除其他的量子比特技术,也不能排除利用多种技术的混合系统占上风的可能性,我们拭目以待。 参考文献: [1] D. 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    发表于2021-8-14
    最后回复 丁伙 2021-8-14 10:14
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  • 量子计算时代,没人愿意活在谷歌、IBM阴影之下
    解释不通、平行时空,遇事不决、量子力学。 很难想象,一个生涩难懂的物理学概念竟然能够在网络上如此受欢迎,以至于出现了量子速读班、量子健康杯、量子鞋垫、量子微整…… 纵观人类近现代历次技术革命,从蒸汽机引领的第一次工业革命到电力应用引领的第二次工业革命,再到半导体引导的第三次科技革命,每一次技术革命都是科学家与实验室点燃火种,企业往市场这个熔炉中添煤加碳,最终完成一次技术革命。 量子速读班的故事虽然荒诞,并且研究人员并不了解量子世界的一切,但研究人员知道量子粒子具有巨大的潜力,特别是能够保存和处理大量的信息,成功地将这些粒子控制在量子计算机中,可能会引发计算能力的爆炸式增长,从而显著推进许多需要复杂计算的领域的创新,如药物发现、气候建模、财务优化或物流。 正如IBM首席量子指数员鲍勃·苏托尔(Bob Sutor)所言:“量子计算是我们模拟自然的方式,可以解决极其困难的问题,并使之变得可控。” 不过什么是量子计算机?量子计算机能够带来哪些改变?量子计算机距商业化还有多远?无论是研究人员还是科技巨头均还需奋力思考与探索。 不过就现阶段探索来看,IBM、Google、Microsoft 等科技巨头以及加拿大量子计算机公司 D-Wave 在这场量子计算革命中处于领先地位,而国内企业相对还处于追赶之位,仅量子计算初创公司本源量子以 77 件专利跻身全球第七,阿里、百度、华为则未进入top10,仍活在谷歌、IBM量子霸权(代表量子计算装置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)之下。 什么是量子计算机? 量子计算机目前有超导量子、离子阱、硅(芯片)量子点、拓扑、常温光量子、核磁共振等多种技术路径,但它们都建立在同一原理之上:它们承载着一个量子处理器,可以分离量子粒子供工程师操作。 这些量子粒子的性质以及用于控制它们的方法因量子计算方法而异。有些方法要求处理器冷却到冰点温度,有些方法要求使用激光玩量子粒子,但共同的目标是找出如何最好地利用量子物理学的价值。 量子计算机和古典计算机存在巨大差异。 自20世纪40年代以来,我们一直以各种形状和形式使用的系统——笔记本电脑、智能手机、云服务器、超级计算机——被称为经典计算机,他们都是基于比特(又称“位”,是一个为设备中发生的每个计算提供动力的信息单元)的。 在经典计算机中,每个比特都可以承担一个或零值来表示和传输用于执行计算的信息。使用比特开发人员可以编写程序,这些程序集由计算机读取和执行,也正因如此经典计算机的逻辑是“遍历”,即大海捞针式的去排除问题寻找最优解。 因此,经典设备仍存在许多无法解决的大问题。Sutor表示:“在经典系统上推演计算复杂问题是可以用的,但它们可能需要数百万年,或者使用地球上总共存在的计算机内存。" 而量子计算机呢? 任何量子计算机的核心是量子比特(也称为量子位),可以松散地与处理经典计算机中信息的比特进行比较。量子比特是由自然界中发现的量子粒子构成的,量子粒子对量子计算最有用的特性之一被称为叠加,它允许量子粒子同时存在于几个状态,就好比抛出去的硬币,量子粒子不止有落地后的正反面,而且过程中还能旋转。 通过控制量子粒子,研究人员可以用数据加载它们来创建量子比特,由于量子叠加单个量子比特不必是一个1或一个0,甚至可以同时兼而有之。这意味着计算复杂运算时,量子计算机可以同时使用量子比特运行多个计算来找到答案,并行探索许多不同的途径。 因此在针刺场景中,量子计算机能够在几秒钟内找到针头,而经典计算机则需要长达数百年的计算。 更重要的是由于另一种称为纠缠的量子属性,量子比特可以物理地连接在一起,这意味着如果将每个量子位添加到系统中,设备的功能会呈指数级增长。如果当达275个量子比特时,我们可以计算比可观测宇宙中的原子更多的信息。 数据来源:IBM 为什么都要发展量子计算机? 前面提到,目前量子计算机不仅是科技巨头的角斗场,也吸引着众多科研机构与一众创业公司前往,为什么都要发展量子计算机? 一个字:省。 “在很多情况下时间就是金钱,能够更快地做事将对业务产生重大影响。”德勤咨询董事总经理斯科特·布赫霍尔茨说道。 研究人员预计,量子计算对单个项目所产生的时间收益低至几小时,高达上百年。在看文章的短短几分钟内,量子计算机(并非现在)可能就已计算出当今最强超级计算机都无法解决的问题答案。 当然量子计算机也可优化节省现有工作,例如做算法优化。据悉,美石油组织埃克森美孚已寻求IBM合作寻找量子算法,以便后续管理并缩短每天穿越海洋的5万艘商船航行时间与距离。 同时量子仿真算法有望带来前所未有的结果,因为量子特性可使研究人员能够处理大型系统中分子之间复杂相互作用的模拟和预测,从而在材料科学和药物发现等领域取得更快的突破。随着量子计算机能够处理和处理更大的数据集,人工智能和机器学习应用程序也将受益匪浅,具有更快的训练时间和更有能力的算法。 对此,各大巨头给出了不同的解法。 IBM与谷歌选择了最为常规的超导量子计算路线,这是由电子制成并以熟悉的吊灯状量子计算机,目前都开发了超导处理器并实现了量子霸权。 量子计算机 由于量子比特也可由硅自旋量子位(英特尔专注于该量子位)创建,也可以由冷原子甚至钻石创建,所以而像Xanadu和PsiQuantum等巨头投资了另一种依靠光量子粒子(称为光子)来编码数据和创建量子位的方法——常温光量子。 量子退化是D-Wave选择的一种方法,是一种完全不同的计算类别。它不依赖于与其他量子处理器相同的范式,称为门模型。量子退化处理器更容易控制和操作,这就是为什么D-Wave已经开发出能够操纵数千个量子位的设备,而所有其他量子硬件公司都在处理大约100个量子位或更少的量子位,不过量子退化方法有一个巨大短板,仅适用于一组特定的优化问题,在功能上有较大的限制。 量子计算机距商用还有多远? 虽然目前各大科技巨头频频传出捷报,但必须明白的一点是取得量子霸权仍是当前量子计算机行业的主旋律。 数据来源:前瞻产业研究院 2019年,谷歌率先表态,表示其54个量子的超导处理器Sycamore已经实现了量子霸权。据谷歌透露,Sycamore在短短200秒内就可计算出了一个需要1万年才能完成的问题的答案。 2020年末,中国量子计算研究构建的76个光子的量子计算原型机“九章”已实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解,也实现了量子霸权。 然而无论是谷歌的Sycamore,还是中国的九章,为了保持量子位旋转,需要将它们与任何可能导致它们失去量子状态的环境干扰隔离,只能在特定的环境下运行特定的计算任务。同时其量子比特仍在100上下,要使量子计算机开始进行有意义的计算,量子比特的规模必须达到成百上千,如果要达到通用计算机标准则还需要解决刻薄的环境要求。 布赫霍尔茨说:“虽然人们对量子计算机有着巨大的希望和兴奋,并且量子计算机有朝一日一定能做什么,但我认为他们今天能做的事情相对来说并不尽如人意。” 不过波士顿咨询集团(BCG)仍给予了量子计算机较高的期望,他们认为量子计算的进步将在未来15至30年内创造高达8500亿美元的价值,如果主要供应商如他们承诺的那样交付这项技术,其中50亿至100亿美元将在未来五年内产生。 目前量子计算主要有两方面的商业尝试,其一是量子软件。量子软件相对于硬件的高投入与高技术来说,相对更容易一些,但仍充满荆棘。创建量子算法并不像使用经典算法并使其适应量子世界那么简单。相反,量子计算需要一种全新的编程模式,这种模式只能在全新的软件堆栈上运行。 目前一些硬件提供商也开发软件工具,其中最成熟的是IBM的开源量子软件开发套件Qiskit。除此之外,包括专门致力于创建量子软件的公司,例如萨帕塔、QC Ware 或 1QBit等企业,均提供了理解量子语言的工具。 越来越多的有希望的伙伴关系正在形成,将生态系统的不同部分聚集在一起。例如,霍尼韦尔公司(霍尼韦尔公司)和量子软件公司剑桥量子计算公司(CQC)最近结成联盟,让分析师预测,一个新的玩家可能会在量子竞赛中处于领先地位。 其二是云量子计算,由于量子计算机对超高真空室、低温控制系统和其他奇异的量子仪器的强需求,使得绝大多数量子系统目前都牢牢地坐在实验室环境中,而不是被送到客户的数据中心。 因此,为了让用户访问这些设备,目前部分量子计算企业正推出商业量子计算云服务,使更广泛的客户能够访问该技术。目前,IBM和谷歌都把自己的量子处理器放在云上,而微软的Azure量子和AWS的Braket服务允许客户从第三方量子硬件提供商访问计算机。 谁将赢得量子计算比赛? 中美是最有机会从量子计算比赛中胜出的国家。 美国在未来五年内为量子信息科学释放了12亿美元,而欧盟则宣布了10亿欧元(合12亿美元)的量子旗舰。英国最近也达到了10亿英镑(合13.7亿美元)的量子技术预算里程碑,尽管中国投入具体金额未知,但从墨子号、九章来看与美国处于第一梯队。 而企业层面来看,虽然中国已有本源量子、阿里、百度等企业研发量子相关技术,但从专利与技术来看仍被IBM、谷歌拉开了一段距离,不过都还处在量子霸权阶段。布赫霍尔茨说:"目前的挑战是,这就像在操场上看着一群蹒跚学步的孩子,试图找出他们中的哪一个将赢得诺贝尔奖。 总的来说,量子计算与量子叠加、纠缠等量子现象一样迷人,不过量子计算机这项技术还需等到2030年以后才能充分发挥其潜力,对于科技巨头来说扩军备战是当下要务,而对于普通大众只需当个吃瓜看客静待那天的到来。 原文章作者:科创实验室,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2021-8-14
    最后回复 蟾思 2021-8-14 00:54
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  • 英国国家量子计算中心采购Riverlane量子软件
    Riverlane已经获得了第一份合同,向英国国家量子计算中心(NQCC)提供量子软件。NQCC由英国研究和创新部门资助,致力于加速英国量子计算的发展。 量子计算有可能使许多行业受益,包括那些专注于药物开发、金融和材料设计的行业。要实现这一潜力,需要在硬件和软件方面进行艰巨的开发,以便能够可靠地控制日益增多的量子比特,为量子计算机提供动力。通往实用量子机的道路上的一个关键里程碑是开发能够评估量子比特错误和整体系统性能的基准工具。根据合同,Riverlane的量子科学家和工程师将提供一套基准测试软件,允许比较不同量子计算资源的性能。它还将对硬件架构、延迟和其他与纠错的实际执行有关的因素提供重要的见解。 Riverlane公司首席执行官Steve Brierley博士说。"我们很高兴NQCC认识到了量子计算的惊人潜力,并且非常自豪能够成为他们的第一个量子软件供应商。Riverlane旨在支持NQCC成为一个值得信赖的权威机构和国家量子计算能力供应商的角色。 NQCC的中心主任Michael Cuthbert博士说。"我很高兴我们能够在竞争激烈的过程中获得这第一个合同。NQCC的目标是解决扩展新兴量子计算技术的挑战,目标是在2025年之前提供一个100+量子比特的机器。授予Riverlane的这份合同是第一步,表明我们将形成结合学界与业界的合作,以提高我们的能力。基准测试套件,结合降噪过程,将为该中心的技术、应用和用户计划提供有用的工具。" 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2021-8-13
    最后回复 畴酉 2021-8-13 22:49
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  • 中科大团队在光量子模拟和拓扑量子计算研究中取得重要进展
    澎湃新闻见习记者 刘航 根据中国科技大学官网消息,近日,中科大团队郭光灿团队李传锋、韩永建、许金时等人与英国利兹大学教授Jiannis Pachos合作,模拟展示了一种基于仲费米子零模编织操作和魔术态萃取实现拓扑量子计算的方法。 研究团队使用自主设计搭建的多模式光量子模拟器,研究了仲费米子零模的量子统计和量子互文性质。实验结果显示仲费米子零模编织过程对局域噪声免疫,并且保持量子互文资源守恒,因此有望通过编织操作和魔术态萃取等手段进行普适、容错的量子计算。 该研究发表在国际知名学术期刊《PRX Quantum》上,并被选为编辑推荐文章。论文标题为“Topological Contextuality and Anyonic Statistics of Photonic-Encoded Parafermions”。 “量子计算最大的挑战是量子比特容易被外界干扰而失去量子性。对此,有两种解决思路:一种是通过纠错比特,另一种是通过物理机制提高抗干扰性。这两种并不矛盾。目前从物理机制上能够实现一定程度抗干扰的是拓扑量子计算。”一名相关领域的研究者对澎湃新闻记者表示。 拓扑量子计算需要“任意子”,这种准粒子限制在二维空间中。任意子可分为阿贝尔或非阿贝尔的。当两个非阿贝尔任意子位置交换时,系统波函数会经历一个幺正演化,因此,可通过任意子的编织操作构造容错的量子门,从而实现拓扑量子计算。 实现非阿贝尔任意子最有希望的方向是马约拉纳零模(MZM)。然而,至今为止没有实验能明确验证马约拉纳零模存在。除实验困难外,马约拉纳零模体系还有两个缺点:一是它们的编织不足以在拓扑保护下实现通用量子门,二是一种名为准粒子中毒的机制可能会严重降低其相干时间,从而影响该体系的量子计算能力。 李传锋、韩永建、许金时等人在前期关于马约拉纳零模体系的工作基础上研究了新型非阿贝尔任意子的性质。研究组使用光量子模拟器研究了马约拉纳零模的推广——仲费米子零模的特性。仲费米子零模具有三重简并的基态并且天然地免疫准粒子中毒等退相干因素。 光量子模拟研究仲费米子编织和互文特性的概念图 研究组借助一种非定域的数学变换,将一条包含两个仲费米子零模的仲费米子链编码成一个多模式马赫-曾德尔干涉仪中光子的波函数。研究组利用不同模式间光子的干涉以及相应激发模式的耗散,在光量子模拟器中展现了仲费米子零模的编织统计和拓扑抗噪性质。编织操作的过程保真度达到93.4%。 仲费米子零模的编织操作本身只能实现一类称为Clifford的门操作。为了实现普适的量子计算,可以使用魔术态萃取生成non-Clifford门操作,而魔术态萃取的必要资源是量子互文性。研究组发现,仲费米子零模中的量子互文资源在局域噪声下受到拓扑保护几乎保持不变,而且在编织操作前后,量子互文资源也是一个守恒量。因此可以在编织操作中穿插进行魔术态萃取,从而在仲费米子零模体系中实现容错的普适量子计算。 论文表示,该研究工作刻画了仲费米子零模的编织特性和量子互文性质,为拓扑量子计算的实现提供一种可行的物理途径。 审稿人评价:该工作利用光子模拟器可靠地展示了仲费米子编织现象。研究组已在该领域发表了多篇论文,并正在引领一个新的研究方向:利用光量子模拟来展示迄今为止在凝聚态系统中无法观测到的一系列凝聚态现象。 责任编辑:李跃群 校对:张艳 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2021-8-13
    最后回复 严蒙雨 2021-8-13 20:25
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  • 盘点:2021年值得关注的量子计算公司
    启科量子专注于量子通信设备制造与量子计算机全栈式开发 根据BCG近期发布的报告,估计在未来15到30年内,量子计算可能创造4500亿到8500亿美元的价值。量子计算在全球也吸引了越来越多的企业布局,包括科技巨头和初创公司,以下是2021年值得关注的量子计算公司。 (图片来源:霍尼韦尔) ColdQuanta ColdQuanta成立于2007年,总部位于美国科罗拉多州,是一家冷原子量子计算公司,经过十多年发展,ColdQuanta推出了独特的Quantum Core?技术,利用激光将原子冷却到接近绝对零度的深冷温度,会产生玻色-爱因斯坦凝聚态,相当于一团原子云,对这些超冷原子的控制(单独或作为一团云)可以实现从原子计时到量子逻辑的一切。 ColdQuanta的Quantum Core?能够被用作广泛的量子系统的基础,这些量子系统跨越计算、全球定位、信号处理和通信。基于这项技术,ColdQuanta制造组件、仪器和交钥匙系统,产品涉及从计时、导航到量子计算、从射频(RF)接收器到量子通信系统的广泛应用。 D-Wave Solutions D-Wave成立于1999年,总部位于加拿大,一直在研发能够运行量子退火算法的量子计算机。2020年9月底,D-Wave 宣布其新一代量子计算平台全面上市,该平台集成了新的硬件、软件和工具,以实现并加速交付中的量子计算应用程序的交付,并称其新一代的量子系统Advantage?是世界上第一台正式投入商业使用的量子计算机。 今年,D-Wave和Google合作,在异质磁性量子模拟中实现计算优势。 Honeywell 霍尼韦尔量子解决方案公司 (HQS) 始于2018 年,其量子计算机采用离子阱技术,2020年6月,霍尼韦尔推出了量子体积为64的System Model H0,在一年多的时间里,霍尼韦尔量子计算机实现多次突破,现在其System Model H1实现了1024量子体积,这是迄今为止在商用量子计算机上测得的最高值。 今年6月,HQS 宣布将从霍尼韦尔分离,并计划与剑桥量子计算公司 (CQC) 合并,新公司将提供世界上性能最高的量子计算机和全套量子软件,包括第一个也是最先进的量子操作系统。这些技术将满足客户在不同领域改进计算的需求包括网络安全、药物发现和交付、材料科学、金融和所有主要工业市场的优化。另外,新公司还将专注于自然语言处理的发展,以充分利用量子人工智能的可能性。 IBM IBM 已在量子信息处理领域深耕 30 余年,是世界领先的量子计算公司之一。IBM量子系统以超导量子比特技术为基础。2020 年 9 月,IBM 发布了量子计算技术路线图,将在 2021 年突破 100 个量子比特,2023 年突破 1000 个量子比特,并最终带领 IBM 通往百万量子比特以上级别的量子计算设备。 目前,IBM Q System One-Montreal达到了128量子体积。今年,IBM Qiskit正式发布了Qiskit Metal,一款用于超导量子计算机的开源电子设计自动化(EDA)软件。旨在帮助社区使用预制或定制的组件,按照自己的规格,轻松创造并设计超导量子设备。 Regetti Rigetti成立于2013年,公司位于美国加利福尼亚伯克利,是一家全栈量子计算公司,它构建了超导量子计算系统并通过云提供访问。这些系统对与现有计算基础设施的集成进行了优化,并为支持实用软件和应用程序的开发而量身定制。 今年6月,Rigetti宣布将推出世界上第一个多芯片量子处理器。该处理器采用专有的模块化架构,可加快商业化进程并解决容错量子计算机的关键扩展挑战。 1QBit 1QBit成立于2012年,总部位于加拿大温哥华,企业专注于通用量子计算、先进的人工智能技术、基于云的量子处理和硬件创新,主要深耕在计算金融、材料科学、量子化学和生命科学领域。 1QBit开发的应用程序旨在与量子计算的进步同步扩展。1QBit的SDK为开发人员提供了测试和开发与硬件无关的应用程序的必要工具。其中,SDK包括连接到量子硬件的接口,并将问题转换为多项式形式的工具,以及可以自定义的预构建算法。 1QBit还提供基于云的服务1Qloud,以此作为量子计算硬件的计算桥梁。 QUDOOR 启科量子正式成立于2019年,是中国首家量子计算和量子通信融合发展的公司,也是现在中国唯一一家基于离子阱技术开发工程化量子计算机的公司。 启科量子在2020年启动了分布式离子阱量子计算机的研发,对离子阱芯片、精密激光系统、量子比特光电测控系统、高速电子时序与控制系统、量子编程语言、量子云和量子应用软件等各系统研发也在持续进行中。 QC Ware QC Ware成立于2014年,总部位于美国加利福尼亚州,这家企业软件初创公司拥有庞大的量子算法专家团队,旨在提供可在近期量子硬件上运行的解决方案。它与硬件供应商D-Wave、IBM、IonQ和Rigetti是合作伙伴。 QC Ware的产品侧重于研究如何将经典数据有效地加载到量子硬件上,以及如何从量子角度进行距离估计,它提供了二进制优化、化学模拟、机器学习和蒙特卡罗模拟,此外还计划在这些基础上构建针对行业的软件应用程序。 Forge数据加载器,可以将经典数据最佳地转换为易于在机器学习应用程序中使用的量子态。其著名的客户包括Equinor、空中客车、宝马、高盛、爱信和科思创。Forge与Amazon Braket合作,并且现在也可以在IBM Quantum上运行Forge算法,Forge的最新版本还包括用于GPU加速的工具。 Xanadu Xanadu成立于2016年,是光量子计算领域的领先公司,以“建造人人皆可用的量子计算机”为宗旨,利用光粒子进行量子计算,公司号称将在室温下以极快的速度完成以前根本不可能完成的计算任务。 在软件方面,Xanadu发布了Strawberry Fields,这是该公司开源的一个用于光量子计算的全栈量子软件平台,其最大的特点是这是一个基于TensorFlow的框架,将深度学习和机器学习的最新进展与量子计算进行了结合。 硬件方面,2020年Xanadu推出了三款光量子计算机,分别为8模式、12模式和24模式。 Xanadu还推出了量子云平台Xanadu Quantum Cloud,Xanadu希望量子云能够让企业、开发者和研究人员为金融、量子化学、机器学习和图像分析等领域的问题建立新的解决方案。 Zapata Computing Zapata Computing成立于2017年,位于马萨诸塞州波士顿,是一家从哈佛大学剥离出来的量子计算软件公司。Zapata致力于开发功能强大的软件平台和量子算法,可以应用于多个行业,包括化学、制药、物流、金融和材料。 该公司开发的名为Orquestra的软件平台,能自动执行供应链优化、材料发现和资产分配优化的工作流管理。该软件解决方案与硬件无关,以便它可以与任何主要的量子计算机合作。 原文章作者:启科量子,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2021-8-13
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  • Skyrmions 可以提供(另一种)量子计算方法
    研究人员表示,有朝一日,量子计算机可能会基于斯格明子方法。图片:C. Psaroudaki 和 C. Panagopoulos 如果您只是认为那里没有足够的量子计算模式,那么您很幸运。来自美国和新加坡的一组研究人员正在提供证据,证明磁性斯格明子可能为量子计算提供了一种诱人的新方法。 该团队——包括加州理工学院的Christina Psaroudaki和新加坡南洋理工大学的Christos Panagopoulos——还补充说,skyrmions 可以作为稳定且可扩展的量子比特。 根据APS Physics 的一篇文章,斯格明子是一种类似涡旋的准粒子,当磁性材料的原子自旋的局部方向偏离背景时,就会形成这种准粒子。这些准粒子有两个量子计算机开发人员感兴趣的关键参数:它们的拓扑电荷 - 斯格明子内磁矩环绕球体的次数 - 以及它们的螺旋度 - 自旋轴与晶体轴的角度。 在《物理评论快报》中,Psaroudaki 和 Panagopoulos 建议稳定由电接触界定的磁性纳米盘中的斯格明子。静电场和磁场可以控制斯格明子的量子化能谱。然后,用户可以改变两个在能量上有利的水平之间的螺旋度,这两个水平充当量子位的 0 和 1 状态。 还可以调整这些电场和磁场以控制量子位的寿命。放置在纳米盘中的量子位通过非磁性间隔物与其他量子位相互作用。灵敏的磁力计可以用作读数。 研究人员报告说:“可扩展性、微波场的可控性、操作时间尺度和非易失性技术的读出汇聚在一起,使斯格明子量子位作为量子处理器的逻辑元件极具吸引力。” 未来的工作将确定具有正确磁性配置和几何挫折的材料来承载斯格明子量子位。他们预计这些新材料会随着对斯格明子的进一步研究而取得进展。 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2021-8-13
    最后回复 伏林楠 2021-8-13 16:36
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  • Amazon Braket:云计算是使用量子计算的最佳方式
    遇事不决,量子计算,这是网友对于许多复杂事务的调侃,对大多数人来说,量子力学非常神秘,而且非常神奇。如果生产环境真的可以用量子计算机,那对人类社会的冲击是非常大的。 强大的量子计算 我国量子计算之父潘建伟院士曾说过,传统计算机想对300位数字进行质因数分解,大约需要十五万年,而用量子计算机来计算,则需要一秒钟。 有人说,将量子计算用于气象预报领域,能够将大量的气候变量包括在内,创建数据驱动的模型,来帮助预测天气模式并为自然灾害做好准备。 量子计算如此强大,能完成许多传统计算机无法完成的计算任务,以致于全世界各个国家和各大科技公司都在研究。 放眼全球,包括英特尔、谷歌、IBM、微软等公司都在研究量子计算,中国也有许多量子研究机构,其中,中国研发的76个光子的量子计算原型机能对“高斯玻色取样”任务进行快速求解后,标志着我国量子计算研究取得了里程碑式的进展。 量子计算技术必将改变多个行业的竞争格局,所以,对于许多企业和组织而言,量子计算方面必须要抢夺先机,所以,许多企业和组织都希望尽量早、尽量多地了解量子计算,当量子计算时代真正来临,就可以尽早用上量子计算。 Amazon Braket:云计算是使用量子计算的最佳方式 2019年,亚马逊云科技发布了量子计算的云服务Amazon Braket。亚马逊云科技Amazon Braket总经理Richard Moulds最近表示,对于客户而言,把量子计算纳入到云服务体验中,是利用量子计算最好的一种方式。 对亚马逊云科技来说,量子计算不应该只是学术研究的事儿,将量子计算作为共享的基础设施,有助于提高量子计算的采用率。所以,Amazon Braket就是打破了量子计算的技术壁垒,使得更多的人可以使用到量子计算。 2020年,Amazon Braket正式对外可用,事实上,Amazon Braket使用起来非常简单。一方面,它提供了所必须的各种工具,另一方面,系统也内置了一些现成的量子计算的算法,在正式使用量子计算机之前,需要在仿真模拟器上进行测试,然后才真正在量子计算机上运行。 现阶段,量子计算机在稳定性和成熟度上尚有较大的提升空间,已有的量子计算机采用的技术路径也各不相同,在真正出现一统江湖的标准化方案前,Amazon Braket提供多种量子计算机方案供用户自己选,目前已知有Rigetti、IonQ和D-Wave三种不同技术路线的方案。 Amazon Braket在云上托管了这三种量子计算机,使得用户能以较低的成本用上量子计算机,而如果用户选择自己在数据中心打造这种量子计算机,可伸缩性会非常差,而云平台提供的安全控制、访问、资源管理、通知等附加服务则会极大地提升使用体验。 谁在用云上量子计算服务 Richard Moulds表示,目前有许多实验机构、教育机构和大学都在积极地使用Amazon Braket。 许多教育机构都表示要开设量子计算相关学科,需要培养大量人才,包括构建量子计算机的人才和开发量子计算机应用的人才两大类。在Richard Moulds看来,量子计算人才的培养和储备是整个量子计算行业发展中非常关键的一个环节。 Amazon Braket在客观上推动了量子计算行业生态的建设。 Richard Moulds表示,许多科研人员也希望用Amazon Braket来掌握如何去构建量子计算机,以及如何开发配套的纠错系统。由于通过云的方式来提供量子计算的方式被许多人看好,许多量子计算硬件制造商也希望通过Amazon Braket来展示他们的硬件设备。 2021年,宝马集团宣布与亚马逊云科技合作发起量子计算挑战赛,参赛者使用Amazon Braket并提出基于量子计算机的技术方案,方案涉及汽车材料研究到自动驾驶的方方面面。 量子计算的方案在许多方面都比经典高性能计算做得要好。Richard Moulds表示,在经典的需要优化的问题方面,量子计算将大有可为。比如城市交通的疏导、交通管理类问题,网络交换机路由器的链路优化问题,以及汽车生产制造,银行金融交易领域的问题,这些领域量子计算比一般的计算机更有优势。 量子计算的特性决定了它可以很好地进行分子级的模拟,可以更好地模拟物理世界,这一特点决定了量子计算将会对化工化学行业、新材料研发、电池的开发、细胞级的系统开发、新药的研发等诸多领域带来翻天覆地的变化。 不难发现,量子计算并非要取代现代计算机,因为许多日常涉及的领域中,量子计算并不一定比现有计算机更有优势。 云上量子计算服务的未来发展 在量子计算方面战略的规划中,Amazon Braket只是一个方面,亚马逊云科技还成立了量子计算中心和量子解决方案实验室。团队的许多科学家和研究人员会与长期研究量子计算的客户进行协同合作,重点研究量子计算应用领域方面的内容。 上文也提到,包括英特尔、谷歌、IBM、微软等国际巨头都在研究量子计算,亚马逊云科技也有量子计算研究中心,研究中心有量子计算核心开发团队,主要研究量子计算的硬件、应用、迁移等等核心技术。 亚马逊云科技量子计算中心量子硬件研究负责人Oskar Painter表示,要打造一台量子计算机,其实要解决很多工程问题,需要有大量创新来解决各方面的问题。而研究中心则负责解决一些挑战性的技术问题,需要研发量子计算硬件和量子计算算法等等核心技术。 Oskar Painter表示,作为量子计算服务提供商,亚马逊云科技需要从成熟度和性能本身来考虑,而现阶段正处于量子计算的早期阶段,量子计算的规模还很小,能处理的任务非常有限,量子计算想要进一步发展,其系统本身要足够强大。 为了提升量子计算系统的能力,首先要解决量子计算机错误率比较高的问题,这需要开发一套针对物理硬件的纠错系统,然而,这样一套系统会有比较大的资源消耗,因此,又不得不尽量减少资源消耗。 当解决了如何纠错的问题,系统规模做得更大时,才能真正将量子计算用起来,量子计算时代才会真正到来。 原文章作者:云体验师,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2021-8-13
    最后回复 牵嫣 2021-8-13 14:47
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  • 专访|量子计算“新势力”?磁斯格明子可作为一种量子比特
    澎湃新闻记者 刘航 近日,加州理工学院研究员 Christina Psaroudaki和南洋理工大学教授Christos Panagopoulos提出了使用斯格明子作为量子比特的想法,并表示其在实用性和可扩展性方面具有优势。 研究论文于当地时间8月4日发表在《物理评论快报》上,标题为《Skyrmion Qubits: A New Class of Quantum Logic Elements Based on Nanoscale Magnetization》(磁斯格明子量子比特:一类基于纳米级磁化的新型量子逻辑元件)。 “量子计算有望通过量子力学的内在特性来显著提升计算能力,超越当今的超级计算机。” Psaroudaki在接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者专访时表示,“量子计算机以量子比特为基础,量子比特由一个物理系统的特殊量子状态表示。与经典比特的0或1不同,量子比特也可以处于所谓叠加态——即同时为0和1。为了实现量子计算机,目前正寻找许多不同的候选者。” 论文表示,量子计算的核心是由原子、离子或电子等非常小的粒子制成的量子比特(qubit)。目前,超导电路是嘈杂的中等规模量子计算方案的领先者之一,其尺寸是宏观的,但具有完善的量子特性。尽管超导量子取得了巨大进步,但依旧存在重大挑战,特别在控制和可扩展方面。 在磁性材料中,当局域原子自旋取向发生偏离时,会产生一种具有涡旋结构的准粒子,称为磁性斯格明子。这种准粒子的性质一般可以用拓扑电荷或者螺旋度来进行刻画。 “斯格明子具有1/2自旋,因此可以用作量子比特。由于其具有较好的稳定性、可操控性和可测量性,可以用作量子计算的逻辑量子比特。所谓逻辑量子比特,是指能够逻辑上一致地实现量子比特功能的单元,物理上的偏差、失败概率等影响较小。”国盾量子的行业专家赵于康向澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者介绍道。 “磁性斯格明子可以非常小,达到纳米级,它是下一代信息存储和逻辑技术的候选者。磁性斯格明子学是处理经典斯格明子自旋电子学发展的领域,它已发展成一个巨大而活跃的研究领域。”Psaroudaki表示,“我们的提议的一个重要特点是,通过利用斯格明子学领域的知识和最先进技术来加速斯格明子量子比特的发展。斯格明子学的知识和技术可直接利用并转移到我们所提议的平台中,并在实用性和可扩展性方面提供优势。” 斯格明子量子比特 Psaroudaki 和 Panagopoulos 提出的这种方案,是利用束缚在磁性纳米盘之中稳定的磁斯格明子来实现量子比特,并利用电场连接不同的磁性纳米盘。 通过施加电磁场,可以调控磁斯格明子量子化能谱中分立的能级,从而改变不同能级之间螺旋度,并将这两个能级编码为量子比特的|0>和|1>两种量子态。此外,还可以对电磁场进行调谐来控制量子比特的相干时间。在这种设计方案中,相邻磁纳米盘的量子比特之间还可以相互耦合,从而实现两比特的量子门操作。最后,量子信息的读出操作可以利用高灵敏度的磁力计来完成。 一位国内量子团队的成员向澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者具体介绍了该研究中的磁斯格明子如何用于量子计算,他表示,“这篇文章利用磁斯格明子这种准粒子中,自旋在XY平面内的旋转角度Φ,这一自由度的量子化来进行量子计算。根据参数的不同,分为了两种比特理论设计。” “第一种是利用自旋在Z方向上的分量相对于平衡态的偏离来编码量子比特状态,偏离为0或者1分别代表量子比特的0态或者1态。这种设计类似于超导比特中的电荷量子比特,用岛上的电荷数来编码比特状态。第二种是利用自旋在XY平面内的旋转角度来编码量子比特状态。方向相反的两个角度分别代表量子比特的0态或者1态。这种设计类似与超导比特中的磁通比特,用电流的顺时针流动和逆时针流动来编码量子比特。”该成员表示。 Psaroudaki介绍称,由于斯格明子可以通过电场和磁场来操纵,因此多个斯格明子量子比特属性是可配置的且可以优化的。这包括逻辑量子比特状态和量子比特寿命,这两者对于实现稳定可靠的量子比特非常重要,能够执行各种逻辑操作。“我们的工作表明,斯格明子量子比特作为量子处理器的逻辑元素非常有吸引力,它正在应对量子比特技术的关键挑战——控制和可扩展性。” 论文表示,可扩展性、微波场的可控性、操作时间尺度和非易失性读出技术聚在一起,使斯格明子量子比特作为量子处理器的逻辑元件极具吸引力。 目前,Psaroudaki和Panagopoulos已经找到了几种候选材料,可供设计人工可调控的磁性斯格明子量子比特。他们预计,随着研究的进行,未来将涌现更多种材料用来实现这种磁斯格明子量子比特。 谈及斯格明子在量子计算领域的前景和挑战时,Psaroudaki表示,“我们的工作处于两个不相关的研究方向——量子比特领域和斯格明子学领域的交叉点,前者旨在开发量子计算机,后者旨在设计基于磁性斯格明子的未来自旋电子器件。我们的想法在斯格电子学和纳米磁性领域引入了一个全新方向,并为量子计算开辟了一条未开发的途径。目前的挑战是实用性,即为特定功能设计架构。” “这篇文章在二维磁性材料上构建量子比特,这在物理上确实很有意义,开创了一种量子计算的新的实现方法。但由于这是一篇比较理论的文章,单比特自身状态,单比特操纵,比特间耦合,比特状态读取的讨论还停留在物理层面上,没有到实际设计层面上。”前述国内量子计算团队成员表示。 赵于康表示,“该论文的工作是实验了单个斯格明子的逻辑门操控能力,是一条新的量子计算可能路线,但距离实现还有差距,比如尚未实现扩展到多个斯格明子的耦合,逻辑量子比特所需的确定性操控和长时间保持能力验证还不充分。” 责任编辑:李跃群 校对:张艳 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2021-8-12
    最后回复 臂欲讶 2021-8-12 21:29
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  • 今日科技话题:月牙形陨石坑、豫鼠、拓扑量子计算、稀土超分子感光变色镜片、年轻菌群、手术胶水
    1 我国发现罕见月牙形陨石坑 系近十万年来最大规模碰撞所致 近日,我国科学家在黑龙江省哈尔滨市依兰县境内发现一个形态奇特的陨石坑——依兰陨石坑,它是一座月牙形环形山。这是继岫岩陨石坑之后,我国境内被证实的第二个陨石坑。 “导致该陨石坑形成的星球撞击事件发生在约4.9万年前,基于对现有陨石坑资料的分析,依兰星球碰撞事件是地球近十万年来发生的一次规模最大的撞击事件。”8月10日,中国科学院广州地球化学研究所(以下简称地化所)研究员陈鸣接受科技日报记者采访时透露,近日国际期刊《陨石学与行星科学》封面文章发表了依兰陨石坑发现的论文。论文由地化所与奥地利维也纳大学的科学家联合撰写,陈鸣为第一作者。 ——《科技日报》 2 中科院团队最新研究发现约3800万至3400万年前粗壮豫鼠 ▲ 粗壮豫鼠上颌骨化石的CT三维重建图。 巩皓 供图 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(中科院古脊椎所)8月10日发布消息说,该所倪喜军、李强研究团队最新对采自鄂尔多斯盆地西缘的一些哺乳动物化石标本进行研究时发现,其中豫鼠化石是已知所有豫鼠种类中个体最大、齿冠最高、齿尖齿脊最粗壮的一个新种,命名为“粗壮豫鼠”,其生存年代约3800万至3400万年前,从而确定鄂尔多斯盆地西缘晚始新世(约3800万–3400万年前)地层的存在。 该研究团队的这项重要化石发现及研究进展论文,近日在国际专业学术期刊《古脊椎动物学杂志》(Journal of Vertebrate Paleontology)上在线发表,中科院古脊椎所巩皓为论文第一作者。 ——中国新闻网 3 我国科学家展示实现拓扑量子计算新方法 从中国科学技术大学获悉,该校郭光灿院士团队李传锋、韩永建、许金时等人与合作者研究发现:仲费米子零模编织过程对局域噪声免疫,并且保持量子互文资源守恒,因此有望通过编织操作和魔术态萃取等手段进行普适、容错的量子计算。 该成果8月9日以研究长文的形式在线发表在美国物理学会期刊《PRX量子》上,并被选为编辑推荐文章。 ——《科技日报》 4 稀土超分子感光变色镜片试制成功 8月10日从包头稀土高新区获悉,由包头稀土研究院与黑龙江大学联合研发的稀土超分子感光变色镜片试制成功。 研发团队充分利用轻稀土在稀土元素中较大的金属半径、易变价和化学性质稳定等优点研发出新型感光变色材料,该类新材料由于稀土元素镧、铈、钇的引入使镜片具有更好的呈色速率(小于3s)及褪色速率(小于60s),抗疲劳性强且稳定性好,从而可以延长镜片使用周期,打破我国高端变色镜片市场被进口镜片垄断的局面。 ——《科技日报》 5 年轻菌群可恢复小鼠大脑中与衰老相关的改变 ▲ 图片来源:前瞻网 一项新研究称,移植年轻小鼠的肠道菌群给老年小鼠,能抵消小鼠大脑中与衰老相关的特定改变。这些发现表明,此类移植对衰老相关的认知衰退或有治疗潜力。8月9日发表于《自然—衰老》。 人体内和体表生活的微生物会对健康产生影响并随年龄变化。那些导致慢性炎症、代谢功能紊乱和疾病的微生物,可能会逐渐取代“友好”微生物——对新陈代谢和免疫系统产生有益影响的那些微生物。肠道微生物塑造局部免疫,但也可能影响大脑的衰老,增加神经退行性疾病风险。 ——《中国科学报》 6 科学家研发出新型手术胶水 可在15秒内完成止血 8月11日消息,来自麻省理工学院的科学家们研发出一种新型手术胶水,可在15秒内完成止血。 据研发团队介绍,目前在医疗领域,常用的止血材料需要几分钟才能起作用。当流血过多时,这些材料往往难以起作用,因此业界一直在寻找更好的止血方法。在受到一种名为藤壶的动物的启发后,科学家们研制出这种胶水。 ——环球网 来源:今日科协微信公众号 中国科协各级组织要坚持为科技工作者服务、为创新驱动发展服务、为提高全民科学素质服务、为党和政府科学决策服务的职责定位,推动开放型、枢纽型、平台型科协组织建设。接长手臂,扎根基层,团结引领广大科技工作者积极进军科技创新,组织开展创新争先行动,促进科技繁荣发展,促进科学普及和推广,真正成为党领导下团结联系广大科技工作者的人民团体,成为科技创新的重要力量。——习近平 原文章作者:科协身边事,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2021-8-12
    最后回复 摒晴 2021-8-12 20:10
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  • 将量子计算融入云服务,亚马逊云科技公布量子计算策略
    量子计算已成为全球科技巨头争先布局的前沿阵地。去年,《Analytics Insight》杂志曾公布2020全球十大量子计算公司名单,国外企业有IBM、英特尔、谷歌、埃森哲、亚马逊、AT&T、Atos、微软,国内则有百度和阿里巴巴。 在量子计算领域,最前沿的突破日新月异。今年6月,中国科技大学潘建伟团队构建出的“祖冲之号”超导量子计算原型机,是目前超导量子比特数目最多的原型机,达到66个。IBM 紧随其后,其量子计算机已拥有 65 个量子位,其次是谷歌(53个),英特尔(49个)和 Rigetti(32个)。 作为全球领先的云计算巨头,亚马逊云科技在量子计算方面的策略布局和实力如何?近日,亚马逊云科技Amazon Braket总经理 Richard Moulds和亚马逊云科技量子计算中心量子硬件研究负责人 Oskar Painter向国内媒体分享了亚马逊云科技量子计算的最新进展。 把量子计算作为云服务对外提供 “我们认为,把量子计算纳入到云服务中,是利用该技术最好的一种方式。”Richard Moulds向媒体介绍,亚马逊云科技在量子计算方面的布局分为三大方面: 第一,推出完全托管的量子计算服务Amazon Braket。Amazon Braket为开发 者提供了一个开发环境来探索和构建量子算法、在量子电路模拟器上测试这些算法以及在不同的量子硬件技术上运行它们。 因为量子计算机本身是非常先进复杂并且昂贵的系统,亚马逊云科技把量子计算作为一种云服务来对外提供,让那些在该领域没有专业知识的企业和机构,也能使用到这一先进技术。 早在2019年底,亚马逊云科技就发布了Amazon Braket云服务预览版,2020年正式可用。通过Amazon Braket,开发者既可以从零开始构建量子算法,也可以选择预先构建的算法直接使用。目前,一些实验机构、教育机构、大学已经在使用Amazon Braket,一些硬件制造商还会用其来展示他们的量子计算硬件设备。 第二,构建亚马逊云科技量子解决方案实验室和量子计算专业服务团队,旨在与客户的开发团队协同合作,进行长期的量子计算应用领域的研究。 今年7月,宝马集团宣布与亚马逊云科技合作发起一项量子计算挑战赛,背后就是亚马逊云科技量子解决方案实验室在支持。宝马列出了50多项汽车领域特定的工业挑战,所有企业和机构都可以报名参赛,用量子计算技术解决这些挑战。获胜者可以将其解决方案在宝马集团内部参与实施。 第三,通过亚马逊云科技量子计算研究中心对量子计算的硬件、应用、迁移等等核心技术进行前沿开发。 将选择权交给客户 经典计算中,信息单元用二进制“ 0”或“ 1”来表示。在量子计算中,信息存储在量子位或量子比特中,除了处于“ 0” 态或“ 1” 态外,还可处于叠加态。叠加态使量子计算机能够一次执行多项计算,使其性能优于传统系统。 从技术路线上,目前业界出现了多种量子位类型,比如超导量子位、离子阱量子位、硅自旋量子位等。业内普遍认为,每种技术类型都各有优点和缺点,由于量子计算技术还处在非常早期的阶段,判断哪种技术更有前途还为时过早。 在谈到亚马逊云科技布局量子计算的差异化时,Richard Moulds表示,“我们发布Amazon Braket服务的初心就是让客户能够以中立的态度去评估行业现状以及未来的发展。Amazon Braket提供三种类型的量子计算机:D-Wave公司的量子计算机,这是首次客户能够在市场上拿到这个计算机去应用,IonQ的量子计算机以及Rigetti的量子计算机。我们不会特别推某一种量子计算技术,而是提供丰富的选择,客户可以自己体验。” 其中,D-Wave和Rigetti是超导量子位技术的代表,谷歌、IBM、英特尔等公司也都在这一方向开发产品。IonQ则是离子阱量子位的代表,这一技术用捕获的离子来充当纠缠的量子位,完成从初始准备到最终读出的所有工作。 Oskar Painter表示,目前量子计算机最大的问题之一就是错误率非常之高。亚马逊云科技正在尝试采取机器学习的训练方法加速量子计算纠错系统的优化。“机器学习和量子计算两个学术领域之间是存在重叠关系的,我们希望把这两个技术很好的结合在一起。” 10年内,解决两大突破 “现阶段,我们不认为量子计算机能够在哪个用例上提供比目前经典计算机更好的解决方案。” Oskar Painter认为,量子计算要解决实际应用的问题,需要突破两个难点:第一,如何纠错。第二,如何把量子计算的系统做大。这一观点也是业界普遍认同的。此前,英特尔量子硬件总监詹姆斯克拉克也曾表示,“我们需要数千个甚至十万个量子位来做一些有用的事情。”目前的最先进的量子计算机的规模刚刚达到60多个量子位,到数千还有很长的距离。 不过,科技巨头规划的时间表也很快。Rigetti预计今年年底实现80量子位系统。IBM计划2023年率先推出1121量子位处理器。谷歌计划在2029年前开发出100万个物理量子比特处理器。 对于量子计算与经典计算的关系,Oskar Painter认为,量子计算对经典计算不是取代,而是并行。量子计算会完成经典计算无法完成的任务。目前世界上最快的超级计算机,可实现每秒442petaflops(petaflop即每秒执行1千万亿次浮点运算)的性能。根据官方数据,中国科技大学的66量子位处理器在1.2 小时内完成了目前超级计算机需要8年才能完成的计算任务。 “我们认为量子计算主要是解决那些规模巨大、相当复杂的问题,经典的就是优化类的问题,比如城市交通管理、网络高交换路由、汽车的生产制造、银行核心的金融交易等等。”此外,量子计算还可以去仿真模拟电子级、粒子级的物质世界,这样级别的仿真模拟是目前的计算机无法做到的。 量子计算技术必将改变多个行业的竞争格局。“我们期待能够推出生产级别的量子计算的解决方案,相信在这个十年,我们可以把量子计算机的规模做上来。” Oskar Painter强调。 -END- 本文为「智能进化论」原创作品,智能进化论专注云计算和智能科技领域的深度评论。 原文章作者:智能进化论,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2021-8-12
    最后回复 窠驯 2021-8-12 13:49
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  • 专访 | 近亿元天使轮融资,这个交大教授如何用“量子计算”赋能百业?
    近日,在上海交通大学闵行校区物理实验楼里,福布斯中国采访了上海交大集成量子信息技术研究中心(IQIT)主任金贤敏教授,他的另一个身份是国内首家光量子计算公司“图灵量子”的创始人。 图灵量子成立于2021年2月,脱胎于上海交通大学集成量子信息技术研究中心,研究团队同时在光量子信息和光子芯片领域研究十余年。今年5月,图灵量子宣布完成近亿元人民币天使轮融资,由联想之星领投,中科神光、前海基金、源来资本、小苗朗程跟投。融资将用于光量子计算芯片以及光量子计算机的研发。 金贤敏教授,博士毕业于中国科学技术大学,并曾在牛津大学进行4年光量子芯片和量子计算的研发,期间同时获欧盟授予的玛丽·居里学者和牛津大学沃弗森学院学者称号。(受访者供图) 回国后,金贤敏组建了光子集成与量子信息研究团队,致力于量子信息技术的芯片化集成化研发,带领团队先后在Nature、Science子刊以及 Physical Review Letters等顶级期刊发表了数十篇高影响力文章,研究成果入选2018年中国光学十大进展和2018年中国光学十大产业技术。2019年,金贤敏曾担任“2019福布斯中国30位30岁以下精英榜”的科学板块的评委。 采访伊始,金贤敏教授在黑板前习惯性地边说边用粉笔描绘了目前全球量子计算的发展现状、各种技术路径以及量子霸权等话题,娓娓道来,让人仿佛重返课堂。 从沉淀到创业 金贤敏多次提到“积淀”,他认为,问题的解决往往并非灵光乍现,而需要积淀和积累,才能闪耀出人类智慧的光芒。 他说,虽然自己的工作效率已经很高,但往往也会有抓耳挠腮、想不出解决办法的时候。通过讨论,解决了不少问题。同时,越是去触碰那些看起来不简单的东西,得到的回报也越丰厚。 所以,他很多的时间都用来思考问题,并随手把有价值的想法记录在手机上,现在已经积攒了近千个可能突破的研究方向,从中他又筛选出需要长期关注、还需进一步论证以及短期可以组队落地实施的项目,用不同的颜色标注。金贤敏笑着说,其实真正让他灵光乍现的想法,都是在他开车的时候,甚至因思考问题而走神开错路的时候。但也因此,解决了不少难题。 实验中的金贤敏(受访者供图) 谈到创业,他说,现在回头看,要感谢自己当年坚定的选择,没有心猿意马,始终专注于技术的沉淀和积累,并反馈到科技成果的产出,才能有今天的厚积薄发。 量子科技行业离不开积淀,因为门槛很高,需要经过十到二十年漫长积淀的过程。如果不是热爱,很少有人为了这个折腾20多年,再去创业。 早在2013年,金贤敏在英国牛津大学的时候,就曾经注册过公司,并已经吸引到投资人的关注,但因为要回国,所以也就放弃了。 回国之后的几年里,他很快发现,虽然国外量子科技行业和初创企业已经形成规模,但国内的产业环境更接近落地和应用。 金贤敏表示,虽然当时自己是“光杆司令”,但他一直很有信心,在扎实地投入技术研发的同时,还力求将技术与需求相结合,以推动成果的变现,带来更多的成果转化。更让人欣慰的是,在这一过程中,他的身边逐渐聚集了一群有技术底蕴且非常踏实的年轻人。 金贤敏说:“年轻人是科技创新的源动力。”如今,图灵量子公司和校内科研人员已经过百人,均以年轻人为主。他透露,现在科研团队规模在全球光量子计算领域已处于第二的位置,仅次于2016年成立的美国硅谷的PSIQ公司。 顺势而为 金贤敏认为,创业需要顺势而为,在所有点都踩对了,才有了公司今天的成绩。 2014年,他刚回国,就意识到量子计算的应用即将迎来爆点。在国外,相关企业已经如雨后春笋般的涌现出来。2019年,谷歌演示了“量子霸权”,预示着人类确实能够操控量子,并通过量子计算解决算力问题,已经完全超过了传统计算机的能力,而这仅仅是一个开始。 之前,对于量子科技,人类仅仅处于演示的层面,而通过近几年的突破,能够真正利用量子计算解决实际问题,甚至有望颠覆一个行业,创造一个全新的行业。“现在来看,量子计算这门学科离产业应用更近了。”金贤敏说。 而在国内,产业化已是正当其时。除了国家之间科技竞争的需求外,量子计算已经到了走出实验室的临界点。金贤敏团队也从底层技术开始转向各种应用场景的研究,走在了全球光量子计算第一方阵的前列。 正是基于国家科技竞争力提升的需要、量子科技成熟并趋于产业化以及自身团队组建完成等因素,金贤敏从去年开始筹备并建立了国内首家光量子计算公司——图灵量子。 对于融资,金贤敏认为,图灵量子虽然是一个年轻的公司,但有一支真正拥有技术底蕴的团队,从竞争力、Know how、工作风格和远见等多方面结合起来,都给团队加分,也获得了投资人的认可,所以才能获得国内整个量子科技领域最大的天使轮投资。 选择投资机构方面,除了选择头部外,他表示,倾向于选择产投方,走与产业相结合的道路。 光量子芯片(受访者供图) 用量子计算赋能百业 原则上,量子芯片解决的是算力问题,与人工智能相似,以实现赋能百业。但真正为行业赋能,就需要扎根于产业,所以金贤敏的团队里已经组建了产业化团队,专门研究产业化落地的课题,他称之为“量子算法应用。” 他说:“我们不做算法,我们只做算法应用。”因为,算法本身偏数学基础,而图灵量子团队聚焦的是光量子芯片、光量子计算系统,是一支以硬件见长的团队。但由于要“硬落地”,所以也需要了解各种各样的算法内核,只有尝试理解和发现各行各业的痛点,尤其是算力上的瓶颈等痛点,才能与算力内核建立起桥梁,真正解决行业痛点。 目前,图灵量子主要针对生物制药、金融、人工智能等行业,契合上海产业发展的方向和特点,同时以上海高科技产业集聚为基础,赋能自己,也赋能各行各业。 但目前,公司最大的挑战依旧是人手不足,与人工智能相似,量子计算也需要大量专业的人才。不仅需要有量子计算学科基础,也需要有一定行业经验的各类人才的加盟。 “遇事不决,量子力学”是一句网络流行语。金贤敏认为,这句话很贴切,因为量子理论是整个世界中最完备、最成功的一门学科。量子科技的人才培养已迫在眉睫。接下来,图灵量子也会联合高校,理论结合实践,加速人才的培养。 对于传统电子芯片与光量子芯片之间的比较,金贤敏认为,两者都需要经过一个漫长的技术积累的过程。一旦被国外竞争对手甩开,光量子芯片也有可能重蹈电子芯片的覆辙。 尤其是早期所面临的点到面的应用,如果让对手率先实现大面积应用,也容易导致技术迭代的落后,并彻底被碾压,光量子芯片也会出现“卡脖子”的问题。因为,每赋能一个行业或领域,都将带来丰厚的回报,从而推动走向产业规模化,周而复始,最终形成不对称的领先优势。 光量子芯片(受访者供图) “谁掌握了量子计算,谁就掌握了大算力,谁就能对同行形成碾压的优势。”金贤敏说道。在传统电子芯片时代,国外巨头们正是通过这样一个漫长的技术迭代的过程,通过产业落地和应用的规模化,诞生了一个又一个“伟大的科技公司”。 同理,未来量子计算领域也会诞生这样的“伟大的公司”,这就是图灵量子的目标。 对于自主研发,金贤敏回忆当年在英国的情景,虽然绞尽脑汁在科研产出上作出了成绩,但苦于没有芯片,芯片不能自主流片,难以实现真正的创新成果。所以,回国后,一定要做芯片,这样才能真正掌握核心技术,使我们在产品的迭代和创新上,变得游刃有余。 实践已经证明,光量子计算前景广阔,大有可为,具有重大科学意义和战略价值,是一项对传统计算体系产生冲击、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。金贤敏认为,未来一定是“构架为王”的时代,光量子芯片凭借全新的构架和大算力等特点,势必创造全新的机会。我们希望成为中国科技力量的支撑。 原文章作者:福布斯,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2021-8-12
    最后回复 邓祥 2021-8-12 01:40
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  • 8.11日报:科学家实现拓扑量子计算新方法;6亿美元加密货币被盗
    行业新闻 中国船舶迎交付旺季 新订单量占全球总量51% 中国船舶工业行业协会数据显示,今年上半年,全国造船完工量2092万载重吨,同比增长19.0%,在这份成绩单中,高端船型增幅明显。今年上半年,全球新造船成交量达到7497万载重吨,同比增长222%。其中,我国新承接船舶订单量占全球总量的51%,月均接单量达到637万载重吨,是同期造船完工量的1.8倍。 我国科学家展示实现拓扑量子计算新方法 从中国科学技术大学获悉,该校郭光灿院士团队李传锋、韩永建、许金时等人与合作者研究发现:仲费米子零模编织过程对局域噪声免疫,并且保持量子互文资源守恒,因此有望通过编织操作和魔术态萃取等手段进行普适、容错的量子计算。该成果8月9日以研究长文的形式在线发表在美国物理学会期刊《PRX量子》上,并被选为编辑推荐文章。 “新能源+储能”项目落地步入快车道 近期部委及地方密集出台相关政策,“新能源+储能”项目的落地正步入快车道。继山东发布今年储能试点示范项目名单之后,山西也启动首批“新能源+储能”试点示范项目申报。此外,宁夏、青海、内蒙古等地也出台了新能源配置储能方案,“新能源+储能”正成为地方新能源产业的“标配”。据不完全统计,今年至少有11个省份要求新能源电站配置储能,配置比例多要求在10%以内,目前相关项目都在加速落地。 香港上市公司HMVOD视频:今年10月起支持用比特币支付会员费 今日晚间,香港上市公司HMVOD视频发布公告,平台客户从今年10月上旬开始可以使用比特币支付每月会员费用。从而享用服务在网上平台收看来自世界各地及本地热门电影及电视剧。 区块链网站被黑客偷走价值6亿美元加密货币 区块链网站Poly Network周二表示,黑客利用了其系统中的一个漏洞,偷走了数千枚数字代币,包括以太坊等,总计价值约6亿美元。这可能是有史以来最大的加密货币盗窃案之一。该公司在推特上发布了一封公开信,敦促窃贼“建立联系并归还被窃取的资产”。被黑客偷走的包括价值约2.67亿美元的以太坊、2.52亿美元的币安币和约8500万美元的USDC代币。 马斯克称SpaceX可以为NASA生产宇航服 据报道,埃隆·马斯克提出,其SpaceX公司或可以帮助NASA制作下一代宇航服。此前,监管机构在周二的一份报道称,NASA当前的项目落后于原计划,并将花费超过10亿美元。 随后马斯克在一条推文中写道:“如果需要的话,SpaceX可以来做。” 山西省给实际种粮农民发放补贴4.8亿元 8月9日,省财政厅传来消息,为应对农资价格上涨对实际种粮农民增支影响,保障农民种粮收益,稳定种粮农民收入,山西省发放实际种粮农民一次性补贴资金4.8亿元。 加密货币交易平台BitMEX违反反洗钱法被罚1亿美元 加密衍生品交易平台BitMEX已与美国商品期货交易委员会(CFTC)和金融犯罪执法网络(FinCEN)达成和解,将支付1亿美元,以了结有关其数年来允许非法交易和违反反洗钱规定的指控,这是美国打击数字代币行动中的首批重大案件之一。根据和解协议,BitMEX将向CFTC支付5000万美元,并向(FinCEN)支付至多5000万美元。该公司还证实,将禁止任何美国人访问其交易平台。 融资事件 瑞幸咖啡酝酿新一轮融资,星纳赫资本等为潜在参与者 瑞幸咖啡正在酝酿新一轮融资,参与者包括五星控股集团旗下产业资本投资平台星纳赫资本等。星纳赫资本方面对记者称,其是瑞幸新一轮的潜在的参与者,但目前还不能说是确定的参与者。 深迪半导体获得华为哈勃1.2亿人民币E轮投资 日前,深迪半导体(上海)有限公司完成了1.2亿元人民币的E轮融资,由哈勃科技投资有限公司(下称“华为哈勃”)领投。 繁星戏剧村完成首轮融资,优企基金独家出资 资金将用于繁星戏剧村的全国拓展、新消费品牌孵化、版权经纪业务和全新戏剧内容研发。 铜师傅完成2亿元C轮融资,国中资本、金鼎资本与复星创富投资 铜师傅是杭州玺匠文化创意股份有限公司旗下的品牌,专注于铜工艺品的设计和打造,依托中国传统文化,掌握铸铜核心技术,不断改良千年古法“失蜡铸铜法”,并独创了永不褪色的高温着色和彩绘工艺。近日,铜师傅完成总额为2亿元的C轮融资,由国中资本领投、金鼎资本与复星创富联合投资,云沐资本担任财务顾问。该笔融资将帮助铜师傅扩充产能,解决现有产品供不应求的局面,并支持公司继续投入研发创新,进军更多现代文创品类领域。 熊猫布布完成千万级天使轮融资 熊猫布布是一个科技母婴品牌,从母婴场景进入,通过提供高端、优质的产品,增加品牌的LTV(生命周期总价值)。以正在研发的智能穿戴式吸奶器为例,产品通过使用压电陶瓷泵,将体积压缩至传统吸奶器泵的十分之一。使吸奶器变成可穿戴的一体式造型,轻便、小巧,满足了妈妈们的出行需求。于近日完成千万级天使轮融资。投资方为红杉中国种子基金,由启晨资本担任独家财务顾问。本轮融资将主要用于产品研发、团队发展和品牌基础建设。 金袋鼠科技获数千万元种子轮融资 金袋鼠科技是一家空间整理收纳一体化服务平台,具体来说,通过平台提供空间整理收纳、专业整理收纳师教育培训、行业智能工具创新研发等服务。集提供空间整理收纳服务、专业整理收纳师教育培训、行业智能工具创新研发的空间整理行业服务一体化,为千万家庭提供专业的全屋整理、衣橱整理、搬家整理、办公整理等服务。整理师会根据房屋的空间结构、装修风格、生活习惯、爱好、家庭人数等情况设计出适合居住者的整理收纳方案,可以指导用户自行整理,或者整理师代劳整理。已于近期完成数千万元种子轮融资,投资方为资深天使投资人。本轮融资将主要用于市场推广和智能工具的研发迭代。 原文章作者:派显财经,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2021-8-12
    最后回复 盖孟乐 2021-8-12 00:19
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  • 科学家展示拓扑量子计算新方法
    记者从中国科学技术大学获悉,该校郭光灿院士团队李传锋、韩永建、许金时等人与合作者合作,研究发现仲费米子零模编织过程对局域噪声免疫,并且保持量子互文资源守恒,因此有望通过编织操作和魔术态萃取等手段进行普适、容错的量子计算。该成果8月9日以研究长文的形式在线发表在美国物理学会期刊《PRX 量子》上,并被选为编辑推荐文章。 在实现拓扑量子计算的过程中,马约拉纳零模的实验制备一直是研究热点,但迄今为止依旧没有实验能明确验证它的存在。除实验困难外,马约拉纳零模体系还有两个缺点:一是它们的编织不足以在拓扑保护下实现通用量子门,二是一种名为准粒子中毒的机制可能会严重降低其相干时间,从而影响该体系的量子计算能力。 科研团队在前期关于马约拉纳零模体系的工作基础上,使用光量子模拟器研究了仲费米子零模的特性,借助一种非定域的数学变换,将一条包含两个仲费米子零模的仲费米子链编码成一个多模式马赫-曾德尔干涉仪中光子的波函数。利用不同模式间光子的干涉以及相应激发模式的耗散,研究人员在光量子模拟器中展现了仲费米子零模的编织统计和拓扑抗噪性质。编织操作的过程保真度达到93.4%。进一步研究发现,仲费米子零模中的量子互文资源在局域噪声下受到拓扑保护几乎保持不变,而且在编织操作前后,量子互文资源也是一个守恒量。因此可以在编织操作中穿插进行魔术态萃取,从而在仲费米子零模体系中实现容错的普适量子计算。 该成果为拓扑量子计算的实现提供一种可行的物理途径。审稿人高度评价:“不仅展示了全新的物理机制,而且扩展了他们先前对马约拉纳费米子体系的研究。” 文/科技日报记者 吴长锋 编辑/范辉 原文章作者:北青网,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2021-8-11
    最后回复 懵碎 2021-8-11 22:14
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