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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。
  • 为可扩展量子计算开辟新道路!
    去年,谷歌生产了一个53量子比特的量子计算机,它可以比世界上最快的超级计算机更快地执行特定的计算。像当今大多数最大的量子计算机一样,该系统拥有数十个量子比特,即量子比特的量子对应物,可在常规计算机中对信息进行编码。 为了制造更大,更有用的系统,当今的大多数原型都必须克服稳定性和可扩展性的挑战。后者将需要增加信号和布线的密度,而这在不降低系统稳定性的情况下很难做到。我相信,RIKEN的超导量子电子研究团队在过去三年中与其他机构合作开发了一种新的电路布线方案,这为在未来十年内扩展至100或更多量子位打开了大门。在这里,我讨论如何。 挑战一:可扩展性 量子计算机使用基于量子力学原理的复杂相互作用来处理信息。为了进一步解释这一点,我们必须了解量子位。量子计算机是由各个量子位构建而成的,这些量子位类似于常规计算机中使用的二进制位。但是,一个量子位需要维持一个非常脆弱的量子状态,而不是一个位的零或一个二进制状态。量子位不仅可以是零或一,还可以处于一种称为叠加的状态,即它们同时处于零和一的状态。这允许基于量子位的量子计算机针对每个可能的逻辑状态(零或一个)并行处理数据,因此,与基于计算机的特定类型问题相比,它们可以执行更高效,更快的计算。 但是,与传统位相比,创建量子位要困难得多,并且需要对电路的量子力学行为进行完全控制。科学家们提出了一些可靠的方法。在RIKEN,使用一种具有称为约瑟夫森结的元素的超导电路来创建有用的量子力学效应。通过这种方式,现在可以使用半导体工业中常用的纳米加工技术可靠且重复地生产量子位。 可伸缩性的挑战来自于这样一个事实,即每个量子位都需要进行布线和连接,以产生具有最小串扰的控件和读数。当我们经过微小的二乘二乘或四乘四乘的量子位阵列时,我们已经意识到可以包装相关布线的密度,并且我们不得不创建更好的系统和制造方法来避免布线字面上越过。 在RIKEN,我们使用自己的接线方案构建了一个四乘四的qubit阵列,其中到每个qubit的连接是从芯片背面垂直进行的,而不是其他组使用的单独的“倒装芯片”接口将布线焊盘带到量子芯片的边缘。这涉及到一些复杂的制造过程,需要通过硅芯片密集排列的超导通孔(电连接)阵列,但它应该允许我们扩展到更大的器件。我们的团队正在努力开发一种64量子位的设备,我们希望在未来三年内能够实现。接下来的五年中,将有一个100量子位的设备作为国家资助的研究计划的一部分。该平台最终应允许在单个芯片上集成多达1,000 qubit。 挑战二:稳定性 量子计算机的另一个主要挑战是如何应对量子位固有的脆弱性,以应对温度等外界力引起的波动或噪声。为了使量子位起作用,需要将其保持在量子叠加或“量子相干”状态。在超导量子位的早期,我们可以使这种状态持续仅十亿分之一秒。现在,通过将量子计算机冷却至低温并创建其他几种环境控制措施,我们可以将一致性保持长达100微秒。平均几百微秒将使我们能够在丢失一致性之前执行数千次信息处理操作。 从理论上讲,解决不稳定问题的一种方法是使用量子错误校正,即利用几个物理量子位对单个“逻辑量子位”进行编码,然后应用一种可以诊断和修复错误的纠错协议来保护逻辑量子位。但是,由于许多原因,实现这一目标仍遥遥无期,其中最重要的就是可伸缩性问题。 量子电路 自1990年代以来,量子计算才成为大事。当我开始时,我对我的团队是否可以在电路内创建和测量量子叠加态感兴趣。那时,整个电路是否可以机械地表现量子还不是很清楚。为了在电路中实现稳定的量子比特并在电路中创建导通和关断状态,电路还需要能够支持叠加状态。 我们最终想到了使用超导电路的想法。超导状态没有任何电阻和损耗,因此可以简化以响应较小的量子力学效应。为了测试该电路,我们使用了一个由铝制成的微型超导岛,该岛通过一个约瑟夫森结(一个被纳米厚度的绝缘势垒隔开的结)连接到了一个较大的超导接地电极上,并且捕获了穿过该结的隧穿的超导电子对。交界处。由于铝岛的小巧,由于带负电的一对之间被称为库仑阻塞的效应,它最多可以容纳一对多余的铝。岛中零个或一对多余对的状态可以用作qubit的状态。量子力学隧穿维持量子位。 混合动力系统 由于其非常微妙的性质,量子计算机不太可能在不久的将来进入家庭。但是,认识到面向研究的量子计算机的巨大好处,谷歌和IBM等工业巨头以及世界各地的许多初创公司和学术机构都在加大对研究的投资。 具有完全错误校正功能的商业量子计算平台可能仍需要十多年的时间,但是最新的技术发展已经带来了新的科学和应用的可能性。较小规模的量子电路已经在实验室中执行了有用的任务。 例如,我们将我们的超导量子电路平台与其他量子力学系统结合使用。这种混合量子系统使我们能够以前所未有的灵敏性来测量集体激发中的单个量子反应(无论是在磁体中的电子自旋,在基板中的晶格振动还是在电路中的电磁场的进动)。这些测量应增进我们对量子物理学以及量子计算的理解。我们的系统也足够敏感,可以测量单个光子在微波频率下,其能量比可见光光子低约五个数量级,而不会吸收或破坏它。希望这将成为连接远距离量子位模块等的量子网络的基础。 量子互联网 将超导量子计算机连接到光量子通信网络是我们混合系统的另一个未来挑战。这将在未来的发展中发展,其中包括通过光缆连接的量子互联网,让人联想到当今的互联网。但是,即使是电信波长的红外光的单个光子也不能在不干扰量子信息的情况下直接撞击超导量子位,因此必须进行仔细的设计。我们目前正在研究混合量子系统,该系统通过其他量子系统将超导量子位的量子信号转换为红外光子,反之亦然,例如,涉及一个微小的声振荡器的量子系统。 尽管有许多复杂的问题需要解决,但科学家可以看到,量子计算机的出现将使未来变得更加广阔。实际上,量子科学已经每天都在我们手中。如果不完全了解半导体中电子的性质,就永远不会发明晶体管和激光二极管,而这完全是基于对量子力学的了解。因此,通过智能手机和互联网,我们已经完全依赖于量子力学,并且将来我们只会变得更加如此。 声明:转载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述。文章内容仅供参考,不构成投资建议。投资者据此操作,风险自担,文章来源于网络,如有侵权联系删除! 原文章作者:量财经,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2021-8-2
    最后回复 崎溜 2021-8-2 17:52
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  • 智库头条| 量子计算领域的重大突破——比最快超级计算机快...
    本文转发自:东阳中学 信息来源:中国科大新闻中心、 中国科大全媒体中心 北京时间12月4日,国际顶尖杂志《Science》刊发了中国科学技术大学, 东阳中学1987届校友潘建伟、2000届校友陆朝阳等组成的研究团队的一项重磅研究成果,让我们一起来看看吧! 中国科学家实现“量子计算优越性”里程碑 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100个模式的量子计算原型机“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。 根据现有理论 该量子计算系统处理高斯玻色取样的速度 比目前最快的超级计算机 快一百万亿倍 (“九章”一分钟完成的任务, 超级计算机需要一亿年)等效地 其速度比去年谷歌发布的53个超导比特量子计算原型机“悬铃木” 快一百亿倍 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日在线发表在国际学术期刊《科学》。 图(1) “九章”量子计算原型机光路系统原理图 左上方激光系统产生高峰值功率飞秒脉冲;左方25个光源通过参量下转换过程产生50路单模压缩态输入到右方100模式光量子干涉网络; 最后利用100个高效率超导单光子探测器对干涉仪输出光量子态进行探测。 制图:陆朝阳,彭礼超 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的问题方面(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: 1 第一阶段 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。 2 第二阶段 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)。 3 第三阶段 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。 潘建伟团队一直在光量子信息处理方面处于国际领先水平。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”。 图(2) 光量子干涉实物图 左下方为输入光学部分,右下方为锁相光路,上方共输出100个光学模式,分别通过低损耗单模光纤与100超导单光子探测器连接。 摄影:马潇汉,梁竞,邓宇皓 近期,该团队通过自主研制同时具备高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源,同时满足相位稳定、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,成功构建了76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机“九章”( 命名为“九章”是为了纪念中国古代最早的数学专著《九章算术》)。 图(3) 100模式相位稳定干涉仪 光量子干涉装置集成在20 cm*20 cm的超低膨胀稳定衬底玻璃上, 用于实现50路单模压缩态间的两两干涉,并高精度地锁定任意两路光束间的相位。 摄影:马潇汉,梁竞,邓宇皓 根据目前最优的经典算法,“九章”对于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,等效地比谷歌去年发布的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1030(“悬铃木”输出量子态空间规模是1016,目前全世界的存储容量是1022)。 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“九章号”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。 图(4) 光量子干涉示意图 制图:文乐,罗弋涵 《科学》杂志审稿人评价该工作是“一个最先进的实验”(a state-of-the-art experiment),“一个重大成就”(a major achievement)。研究人员希望这个工作能够激发更多的经典算法模拟方面的工作,也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,但最终量子并行性会产生经典计算机无法企及的算力。 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。 中国科学技术大学新闻中心在调研专家库的基础上,就这个工作采访了多位国外相关领域的教授,包括多位沃尔夫奖获得者,美国科学院院士等资深专家。我们一起来看看他们的评价吧! 德国马普所所长 沃尔夫奖得主 富兰克林奖章得主Ignacio Cirac: 总体来说, 这是量子科技领域的一个重大突破,朝着研制相比经典计算机具有量子优势的量子设备迈出了一大步。我相信这项成果背后付出了巨大的技术努力。潘教授的团队在世界上独一无二的,他们产生了包括这个实验在内的很多重大成果。 奥地利科学院院长 沃尔夫奖得主 美国科学院院士Anton Zeilinger: 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(光的粒子)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。 麻省理工学院副教授 美国青年科学家总统奖得主 斯隆奖得主Dirk Englund: 这是一个划时代的成果。这是一个了不起的成就。这是开发这些中型量子计算机的里程碑。 维也纳大学教授 美国物理学会会士Philip Walther: 他们在实验中拿到了目前最强经典计算机万亿年才能给出的计算结果,为量子计算机的超强能力给出了强有力的证明。 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: 我认为这是一项杰出的工作,改变了当前的格局( it’s the game changer)。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。 去年,谷歌取得了一项巨大的成果,即量子计算优越性,但这是有争议的。谷歌的结果是,他们拥有一台量子计算机,其性能比其他任何经典计算机都要好。然后,IBM对此提出相反的论点:他们并未完全实现。质疑是否真正的达到了量子计算优越性。 这个实验(潘建伟院士团队的实验)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。 昆士兰大学教授Tim Ralph: 我相信潘教授和陆教授团队的论文是一个重大突破。 这是一个真正的“英雄”实验,将实验各个方面的技术推进到远远超过以前的水平。该设备的规模是非凡的:100模式干涉仪、25个压缩器提供输入的量子态、使用100个单光子探测器进行探测,并且实现了同时保持高效率,稳定性和量子不可分辨性——这都是展示量子计算优越性所必须的。 美国科学院院士 沃尔夫奖得主 狄拉克奖章得主Peter Zoller: 利用量子器件来解决日益复杂的问题并体现量子优势是量子科学前沿中的最重要问题之一。陆朝阳、潘建伟和同事们基于光子进行的高斯玻色子采样实验, 无论是在量子系统的大小和扩展性方面,还是在实际应用的前景方面,都把研究水平提升到了一个新的高度。 瑞典皇家理工学院教授Val Zwiller: 著名的中国科学技术大学团队报道的量子计算优越性的工作为量子科学树立了一个新的重要里程碑,因为一个重要的量子优势清楚地证明了其量子处理器的表现远远优于超级计算机。为了实现这一目标,他们克服了重大的技术挑战,从而产生、操纵和探测非常大尺度的光量子态。 美国耶鲁大学教授 布鲁克海文国家实验室量子优势合作设计中心主任 美国艺术和科学院院士 巴克莱奖获得者Steven Girvin: 这是一个极其困难的,需要付出很大的努力来完善的工作。对此我印象非常深刻,我认为这是我们控制量子系统能力的重要技术进步。 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: 对于量子计算这个蓬勃发展的领域来说, 这确实是一个惊艳的时刻。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。 2020年11月1日,东阳中学教育发展基金会首届颁奖典礼暨“面向更美好东中”110周年校庆筹备启动仪式上,潘建伟校友为强基拔尖突破奖团队颁奖。 陆朝阳校友赠送第16届中国青年科技奖奖杯,勉励学弟 原文章作者:光荣浙商,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2021-8-2
    最后回复 釜胚雩 2021-8-2 14:23
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  • 量子计算机,再次商用!7月底,日本的量子计算机开始投入商用
    不久前,南生曾撰文表示,自美国引入的IBM量子计算机,将在近期在日本境内开始商用。当时,有很多网友表达了质疑,纷纷表示以当前的技术水平,量子计算机是无法进入到商用环节的。 但日经中文网发布的消息,再次证实了南生那篇文章的正确性——量子计算机不仅已经进入到商用环节,而且已经至少在数个国家投入到商用领域了,并将在新材料、新药物、人工智能、现代金融等多个领域开始“出力”。 7月底,日本的量子计算机开始投入商用 据报道,在日本开始投入商用的量子计算量,来自美国的IBM公司,并且是继美国、德国之后,第三批次投入到商用的美国产量子计算机。根据与IBM的协议,东京大学设立的“量子创新倡议协议会”拥有使用权——以丰田、三菱、日立、东芝、索尼等12家日本大型企业加入的产学协议会将成为使用主体。 虽然当前的量子计算机仍有较大限制——比如,需采用在极低温下将电阻降为零的“超导”电路”,相关允许软件不足,实际算力有限等。但这是一个良好的开端,为未来更广泛、更深入的应用开辟道路。 这个商用,与网友们想象的略有不同 请注意,我们提到的量子计算机进入到商用环节,与网友们想象的略有不同。并非是很方便地购买一个机器,拿回家使用,而是具有强烈的限制性,并且还处在“商用探索领域”——更多的是产、学、研的结合。 对IBM这样的企业来说,他们开发的量子计算机已经开始对外出售,开始见到资金回流,不再是单纯的投入。与其他国家以大学、研究机构为主体有所不同,美国的量子计算机主要是企业在研究、开发,更有利于快速投入到商用领域。 我国量子计算机,处在什么阶段呢? 在量子计算机的基础论文,开发出来的实验机型方面,我国与美国几乎是并驾齐驱,在全球处于领先水平。比如,由中科大研究团队制作的76个光子的量子计算原型机“九章”,实现了“高斯玻色取样”任务的快速求解,这连美国人都难以做到。 今年6月份,中科大的物理学家报告了量子计算机的又一新进展,由 66 个超导量子位(qubit)组成的“祖冲之号”,超过了谷歌拥有的 53 个超导量子位的量子计算机“悬铃木”(Sycamore),创下了量子计算机的性能新记录。 但在投入到商用领域,美国的IBM、谷歌、惠普等大型企业暂时走在前面,已开发和出售了商用级别的量子计算机——目前已经有德国、日本的客户采购了。而我国的量子计算机,仍主要在研究、开发阶段,开始向商用环节推进。 值得一提的是,虽然在量子计算机方面我国略逊美国一筹,但在量子通信方面我国更具优势。并且是当前唯一一个成功发射量子通讯卫星的国家。为人类的通信安全,进行了更深入的前沿探索。本文由【南生】整理并撰写,无授权请勿转载、抄袭! 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2021-8-2
    最后回复 羿荏辣 2021-8-2 14:07
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  • 量子计算绝对不是短跑,而是一场马拉松|超级观点
    带着观点看商业。超级观点,来自新商业践行者的前沿观察 本期嘉宾 郭国平,中科院量子信息重点实验室副主任;本源量子计算公司创始人兼首席科学家 罗乐,中山大学物理与天文学院教授 陈放,天堂硅谷高级投资经理 编辑|何林健 核心观点: 1、量子是一门科学,而不是玄学,它是对某种物理状态的描述,而量子计算机,就是可以完成量子计算任务的一个机器。 2、在经典计算机里面,我们大多数讨论的是物理比特,但是真正的量子计算机实际上是逻辑比特。目前无论是国内、国外,他们做的基本上还是停留在物理比特的阶段,从这个意义上讲,目前还没有真正的量子计算机。 3、我们现在需要进行量子技术科普,吸引更多的光电行业、芯片行业、机械行业、微机电行业能够加入到其中来,这样才能形成实质性的有效关注,真正促进我们国家关于量子计算的发展。 编者按:本文由36Kr LIVE内容整理而成,有删减。戳此可回看完整直播>> 量子、量子计算与量子计算机 郭国平:量子是一门学科,一门科学,而不是玄学,它是对某种物理状态的描述,所以量子这个词不只特定出现在量子力学中。 量子计算是在信息学里的一种应用,比如信息分为采集、传输、处理,量子计算就是利用量子力学的原理或者量子态的特性,使信息处理能力得到提升的一种计算方法。利用量子态的状态进行信息的编码、信息的处理、信息的读取,这就是量子计算。 量子计算机就是可以完成量子计算任务的机器。当然,我们不要认为量子计算机就只是硬件。我们现在的计算机要能够运行得起来,依然需要各种层面上的软件,最直观的就是操作系统、应用软件,以及底层的软件,所以量子计算机应该是指能够实现量子计算的软硬件的统称。 罗乐:我想强调一下,为什么现在我们会对量子计算这么重视。我们大家耳熟能详的是量子计算有强大的算力,这种算力实际上是相对于经典计算而言的。经典计算所依赖的是布尔代数,比特不是0就是1。量子是一种微观粒子。在微观粒子当中存在着叠加态和纠缠态,是无数个属于0和1之间的叠加状态。这种叠加状态使单个比特所蕴含的状态要比经典比特多得多。这些比特之间又可以产生一种互相纠缠的关系,所以量子计算就像是一个天生的、内在的、由物理定律维护的并行计算。 量子计算突破了摩尔定律? 陈放:之前我在调研量子的时候,听过两个隐喻。第一个是,量子计算突破了摩尔定律。第二个是,量子的原理可以用薛定谔的猫来解释。关于这两点,两位老师有什么看法? 罗乐:量子计算能够突破摩尔定律,这个说法比较含糊。摩尔定律主要是指微电子技术的发展,特别是微电子芯片的发展。随着时间的增加,在单位体积上集成的晶体管会增加一倍,同时价格也会相应地下降一半。量子计算实际上跟微电子的经典计算处在不同的赛道上。我们不是单纯地把晶体管越做越小,而是采取了一种完全不同的架构。 郭国平:关于第一个问题,我认为摩尔定律是一个经济学定律,而且描述的是集成电路的一个发展规律。量子不是靠硬件上的叠加或者是并行来实现的,所以它们不是同一个东西。当然量子里面也会有它自身的一些定律。 关于第二个问题,量子计算之所以神奇,或者说我之所以认为它是一门学科,是源于它的物理学基础,即量子态的特性。以一个比特为例,在量子里面,这一个比特可以处于0和1任意比例叠加的状态,相位也是可以调控的状态。在经典计算的一个比特中,它只能够处于0或者是1。而在量子里面,一个比特可以有一半的机率是0,另外一半的机率是1。这也是可以把量子的原理和薛定谔的猫联系在一起的原因。量子力学、量子计算的优越性,在于量子叠加的状态。量子纠缠其实也是多比特的量子态叠加的结果,量子叠加才是根本性质。 真正的量子计算机:从物理比特到逻辑比特 郭国平:现在没有真正意义上的量子计算机。在经典计算机里面,我们大多数讨论的是物理比特,但是真正的量子计算机实际上是逻辑比特。逻辑比特跟物理比特的差距就是,物理比特是会有错误率的,比如说万分之一,甚至是千分之一。 用一个或多个物理比特编码才能够形成真正的比特,也就是逻辑比特。所以从这个概念来看,目前无论是国内、国外,他们做的基本上还是停留在物理比特的阶段,当然现在已经在尝试逻辑比特。所以,我们说,现在还没有真正的量子计算机。 罗乐:去年以来,全球发展出很多种量子计算机制,包括超导,包括囚禁粒子,它们部分地或者一大部分地,都往通用量子计算机上发展。通用量子计算机的量子逻辑是通用的,可以解决一类通用的量子算法管理问题。现在量子计算机的发展处在从物理比特向逻辑比特过度的临界点上。 量子计算的不同路径 陈放:现在量子计算方面有不同的路径,比如说郭老师在做的是半导体和超导体的路径,潘院士做的光学路径,还有学者在研究离子阱路径,不同路径的优势和劣势都在哪里? 郭国平:目前来说,哪一种物理体系更加适合于做量子计算机,没有一个确定的答案。各种路径都有很多的人在探索,不只是在学校或者研究所,谷歌、IBM都在探索。因特尔、台积电、法国莱特也都在探索半导体。微软也花了很多精力在做这件事情。 现在这些物理体系,没有哪个能从原理上证明它就一定不行。所以大家还没有收敛到某一条路径,如果能够收敛到一条路径上,人类集中攻关它,说不定可以取得更好的成绩。 任何科技的发展其实都应该是一个渐进式的过程。从某种意义上来说,我们各个物理体系跟现有的信息技术产业,比如说半导体、芯片,以及现有的集成电路的兼容度问题。或者说对它的工艺、技术、设备、人才的兼容或者继承性的问题。 目前来说各个物理体系,有不同背景的企业来关注。但是从学科的发展来说,一个新事物的出现,它是需要根基的。所以未来的量子计算机也不太可能跟经典的计算机完全脱离,或者不用到现有集成电路的任何东西。从这种意义上来说,要考虑它的兼容性和继承性。 到底哪个物理体系更优或者是更好,在某种意义上来说是一个伪命题。关于量子计算机我个人始终坚持一个观点,至少在可预见的时间之内,它不会替代经典计算机,或者说,它跟经典计算机应该是一个相互补充的过程。从这种意义上来说,有点类似于AI。AI芯片有基于ASCII的,也有基于GPU或者是继其他的架构的,这些AI芯片并不一定要统一到某一个特定的架构或者物理体系上去。各个物理体系都值得去探索,只是探索的时候我们都以解决某一个有实际意义的任务和需求为目标,那么就应该是有意义的。 罗乐:现在量子计算机的发展,有很多种不同的物理体系,我个人认为可以分为三种:一种是我们非常熟悉的光子体系;第二种与原子物理相关,在真空中用激光冷却和囚禁的原子和离子体系,是以原子和离子为主体的;第三种体系可以归纳为电子体系,无论是超导还是半导体,都是一种电子结构。 这三点体系,都有各自的优点,也有各自的不足。早在20年前的时候,在量子计算学界曾经提出过量子计算的五个准则,后来又有人提出所谓量子网络的两个准则。这些体系在某些准则上面,可能满足得好一点,像集成度方面,超导、半导体就比较有优势。在单个量子比特的相干性方面,囚禁离子体系有它的优点。我们现在还处于一个初级的阶段,我们要以一种长远的目光来看待,使各种体系不断完善和发展,来解决各种体系下的任务。量子计算绝对不是短跑,而是一场马拉松。所以在马拉松的初级阶段,我们应该关注到各个体系,包括一些新生的体系。 不防大胆地构想一下,也许将来真正的量子计算系统,会完全不同于我们经典的量子计算系统,比如它可能是单一的、由半导体芯片所构成的。未来的量子计算,有可能是一个混合的系统,它里面既有储存量子信息的原子,也有进行大规模处理的超导、半导体结构,也包括能够在节点之间互相传输的光子。量子计算机最后的架构也许比现在经典计算机所依赖的体系更丰富、更复杂。 量子计算应用领域 郭国平:现在的量子计算机可能就像人类刚研制成功的蒸汽机一样。那时候的蒸汽机可能只有0.001马匹的动力。现在对量子计算机的应用,好比我们现在要拿只有0.001马匹的蒸汽机,试着放到马车上去,所以不要指望它跑得比马车快,有用和无用的评价标准其实是不一样的。有的人认为,不要马,这个车能够动起来,这就是极端有用了。但是如果从另外一个意义来讲,既然都跑不过马车,费这么大劲去搞,它又没用了。 对有用和无用的判定,其实很难。但是从科学角度或者国家鼓励自主创新的角度来讲,我们应该多探索量子计算在不同行业的运用。特别是针对我们日常生活当中的实际问题,去找一些算法,找到一些解决问题的可能性。 陈放:如果未来量子计算机真能实现我们想要的性能,最大的应用领域是在哪里? 郭国平:不要用我们今天的眼光和视觉去限定我们的后代。就像当年经典计算机刚发展起来时一样,很多人问爱因斯坦未来的计算机会是什么样子。爱因斯坦当时的回答是:可能全球只需要两台计算机就行了。所以我们不要用今天的眼光和眼界,去衡量未来的事情。 罗乐:计算首先是一门信息科学。量子计算它相比经典计算的优势就是它的算力。量子计算机的第一个用处就是,通过它的算力进行海量的数据处理。 现在是大数据的时代。举一个简单的例子,每个人都有很多基因测序,我们有50亿的人口,50亿人整个的基因量是一个非常大的数据。如果用一般的计算机,进行机器学习,对数据进行深层次的分析,即使是超算也难以完成这个任务。诸如此类这样的问题,包括一些复杂的金融系统,包括智慧城市里面各种各样的传感器,以及其他与大数据相连的问题。海量的数据,现有的超算无论从能耗上,还是构架上都难以处理。量子计算机既然是一个计算机,那么它的最大应用还是在数据处理方面。 也许未来的社会,会有若干台量子计算机,或者是分布式的,或者是集中式的,把全世界的各种信息集合起来进行处理,这可能是一个愿景。图灵奖获得者姚期智先生说过一句话:信息科学的未来很简单,就是量子计算加人工智能。我想这也体现了量子计算的一个最大的应用。 国际视野下的量子计算竞争格局 陈放:全球范围内的量子计算的竞争格局是怎样的?国内的量子计算水平和国外的量子计算水平相比是怎样的? 罗乐:从全球范围来说,美国有一定的先机。2010年,我还在美国做博士后研究科学家,那时美国就开始在超导、离子阱等各个方向布局了大型的量子计算机研发项目。美国十年前就已经在国家层面上进行了布局。五年前,甚至更早一些,就有一批大企业,比如IBM、谷歌,还有一些初创企业,开始进行企业化、工程化、商业化的运作。所以目前在全球量子计算的格局当中,美国是占有一定先机的。 郭国平:其实不光是量子计算,从量子秘钥分发,到量子计算,再到量子传感,我们必须要承认,这些并不是由我们国内研究者先提出来的。总体来说,国内相对于国外在量子计算领域的差距还是比较明显的。 造成差距的原因有很多方面。第一个原因,我们起步较晚。概念的起步和原理的探索,我们是晚一点的。第二个原因,我们的关注度和投入还不够。从量子计算整个研究角度来讲,国内的投入或者说关注度相对于国外来说还是少一点,甚至是不是有效的关注。第三个原因,缺乏实际应用研究。我反复强调,量子计算的研究是以解决实际问题为导向的。真正有用的量子计算机,它的研制、开发,是需要投入的。我们国内更多还是处于科学研究,或者原理性探索,以及物理问题的探索上面,这些方面我们已经追的差不多了。但是在以实际有用为目标的探索上面,我们必须承认,还是有比较大的差距。 罗乐:现在国内量子计算虽然非常火热,但是有效的关注远远不够。这需要上下游产业链的打通,包括一些传统的技术,传统的产业来加入到量子计算中来,为量子计算赋能,这方面我们非常欠缺。所以,我们现在需要进行量子技术科普,让更多的工程技术人员懂,从而吸引更多的光电行业、芯片行业、机械行业、微机电行业能够加入到其中来,这样才能形成实质性的有效关注,才能真正促进我们国家关于量子计算的发展。 量子计算机研究情况 陈放:怎么看待霍尼韦尔公司宣布造出世界上性能最强大的计算机? 罗乐:我们其实不能够用单一的指标来衡量一个量子计算机的性能。对于霍尼韦尔来说,它所谓的最强大,可能是基于某一个量子体积的指标。量子体积指标只是其中一个衡量因素,真正地衡量一个量子计算机,还是要跟实际相结合,如果它在某一个问题上能够解决得好,可能说在这个问题上具有比较强大的功能。现在还没有到像手机跑分一样的阶段,即使到了那个阶段,跑分也不是唯一衡量的标准。 陈放:目前业内的公司还在研究的过程中,可以理解为还没办法正面竞争吗? 郭国平:各大公司,包括IBM、谷歌,它们在超导方面是有一定的可比性,但也不完全可比。包括霍尼韦尔、英特尔都在研究半导体。谁能够解决我们人类的生产、生活的实际问题,我觉得就是好的。 陈放:IBM的量子云在国外的应用很火爆,本源量子最近也推出了量子云服务。量子计算机可能很多人买不起,量子云的应用可以看做是一个先机吗? 郭国平:所谓量子云是一种服务方式,它的核是基于量子计算机的。当然,像本源在2018年2月份发布过一个32位、64位的模拟器,其实它不是真实的量子计算机,而是超算的模拟。但是9月份发布了6比特的真实超导量子计算机,基于这个超导量子计算机的云服务平台,它让大多数人或者任何人都可以从网络端访问、体验6比特真实的量子计算机。 它是不是能够解决实际问题,或者说有没有真的用处?我认为,它的体验价值、科普价值,以及量子计算机软件和运用算法的开发价值,要大于它身为少数位比特计算机所能够解决的实际问题。培养习惯、培养用户、推广语言、建立生态是云计算的一个很重要的作用。 罗乐:由于量子计算机的复杂性,很难在目前阶段把量子计算跟计算机联系在一起。即使像IBM,或者谷歌,它们现在做到的集成度也只能到柜员机,或者仪器柜的水平。除了一些大客户,比如军方、NASA,很难有哪个用户花几千万或者几百万美金把一个柜子搬回家,大多数人也只是通过云的形式、在线反馈的形式,来熟悉量子计算。 教育本身就是一个非常大的用途,生态的培养可以为将来量子计算机的爆发做准备。等到事情突然爆发的时候,那么你就已经抓不住了,所以我们现在要未雨绸缪,做好这方面的准备。 “超级观点”栏目现发起“特约观察员入驻”计划,邀请各赛道的创业者、大公司业务线带头人等一线的商业践行者,在这里分享你的创业体悟、干货、方法论,你的行业洞察、趋势判断,期待能听到来自最前沿的你的声音。 欢迎与我们联系,微信:cuiyandong66;邮箱:guanchayuan@36kr.com 原文章作者:36氪,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2021-8-2
    最后回复 钴惆 2021-8-2 10:59
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  • 人机通讯、延缓衰老、量子计算……“科学探索奖”得主最关注这十大问题
    来源:深圳商报-读创 读创/深圳商报记者 袁斯茹 8月1日,首届“青年科学家50?论坛”在南方科技大学举行。此次论坛由腾讯和南科大共同主办,邀请多位两院院士、重点大学校长、“科学探索奖”获奖人出席。 △论坛现场 论坛上发布了由100名“科学探索奖”获奖人提出并投票产生的“十大科学技术问题”,体现中国杰出青年科学家们的前沿探索和对未来趋势的判断。 十大科学技术问题 一.人类的意识,以及学习和记忆的生物基础从何而来? 解读人:李毓龙(北京大学生命科学学院教授,2019年“科学探索奖”生命科学领域获奖人) 目前研究表明,意识的产生以及学习记忆能力的发展主要依赖于我们的大脑。而人类大脑中有数百亿的神经元,神经元之间会形成复杂的网络连接。想要进一步理解大脑的工作原理,人类需要在技能树上点亮一系列学科深度交叉的新技术:包括神经网络空间结构解析技术、大规模神经活动记录和分析技术,以及精准的神经操控技术。 二.人脑和机器是否能实现直接通讯? 解读人:杨玉超(北京大学人工智能研究院研究员、2019年“科学探索奖”信息电子领域获奖人) 根据世界卫生组织报告,截止目前全球残疾人数量已超过10亿,仅中国就有超过8500万,这样一个庞大群体的生存质量亟待改善。对于具有肢体残疾和感知障碍的人群来说,实现人脑和机器的直接通讯可以部分甚至完全恢复其运动和感知功能,极大地便利其生活,是一个关系亿万人福祉、具有重要现实意义的问题。 当前脑机接口技术已经实现高速意念打字、人脑控制机械手快速抓取等任务,但离人脑和机器直接通讯还有相当大的距离。精准、小型化、高度集成化、生物兼容性强的脑机接口是未来的发展方向。 三.通用人工智能是否能实现? 解读人:山世光(中国科学院计算技术研究所研究员、2019年“科学探索奖”信息电子领域获奖人) 人类一直以万物之灵自居,但计算机诞生后,人类的基础计算能力和机械记忆能力却被机器碾压式超越。65年前,人工智能(AI)作为一门学科诞生,其先驱们曾经乐观地相信不用20年即可实现人类水平的智能,现实却是残酷的,AI科学家们越来越清晰地认识到实现通用人工智能(AGI)是一项巨大的科学挑战,人工智能研究的两次“寒冬”让更多的研究者彻底失去了实现AGI的信心。但最近十年来,深度学习的复兴,特别是最近BERT/GPT-3等具备超强语言能力的预训练大模型的诞生,再次燃起了AI专家心中的理想火焰。目前,求解之路依旧迷雾重重,甚至连初见端倪的预训练大模型是否是正确的起点亦不得而知,AI科学家们只能在迷雾中上下求索。 四.如何延缓衰老,促进机体修复,提高人类寿命? 解读人:刘颖(北京大学未来技术学院教授 、2019年“科学探索奖”生命科学领域获奖人) 随着人口老龄化的加剧,衰老及相关疾病正在带来巨大的社会和经济负担,大力推进衰老领域的研究刻不容缓。1939年,研究人员发现限制热量摄入可延长大鼠的寿命,首次证明衰老可以被人为干预。1988年,利用秀丽隐杆线虫进行的遗传学研究实现了另一突破。研究人员发现一个名为age-1的基因的突变可以将线虫的寿命增加40-60%,证明了对单一基因的干预就能影响和决定生物体的寿命,这些让人们确信能找到决定衰老速度和寿命长短的“法宝”。未来我们需要更多的工作来整合多条衰老相关遗传通路,以加深对衰老生物学基础的理解。 五.如何实现量子计算实用化? 解读人:陆朝阳(中国科技大学量子物理与量子信息研究部教授、2019年“科学探索奖”前沿交叉领域获奖人) 在数据暴增的时代,如何满足人类对算力“贪得无厌”的需求?量子计算是目前人类唯一被严格证明具有解决经典计算机无法求解的问题的潜力的新方法。然而,真正的应用还有诸多挑战,其中之一就是如何把真实重大应用映射到量子计算系统中。量子模拟和计算的能力随可操纵的量子比特数呈指数增长,因此如何有效扩展量子比特的规模和高保真的逻辑操作是核心任务。 六.清洁能源、环境保护、气候变化的协同机制如何建立? 解读人:王书肖(清华大学环境学院教授、2019年“科学探索奖”能源环保领域获奖人) 当前世界面临能源资源匮乏、全球气候变化、生态环境恶化等一系列重大挑战,原因之一就是人类对化石能源的大量消耗和严重依赖。目前全球化石能源占一次能源消费比重超过80%。化石能源燃烧产生的二氧化碳占温室气体总排放的70%以上,是造成全球气候变化的主要原因;同时,化石能源生产和使用过程产生大量的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、挥发性有机物、颗粒物等大气污染物,导致大气环境恶化,每年造成全球数百万例早逝。探索能源环境气候协同治理机制,提出气候友好的清洁能源和环境保护协同路径,对于实现全球可持续发展目标具有重要意义。 七. 暗能量和暗物质的本质是什么? 解读人:施勇(南京大学天文与空间科学学院教授、2019年“科学探索奖”天文和地学领域获奖人) 量子力学和广义相对论是20世纪物理学两大辉煌的成就,奠定了现代科技的基础。暗能量和暗物质的出现却直接证明了当前的粒子理论和引力理论是不正确的或者不全面的,我们赖以发展科技的“基础”,还存在被优化的空间。暗能量是指未知的“斥力”来加速宇宙的膨胀,暗物质是指未知的物质来产生额外的引力,按照目前的观测推算,这两者分别约占宇宙总能量的70%和25%,而由质子、中子和电子组成的正常物质只占5%。未来,地面和空间的各类大型科学基础设施将通过多种手段来探索暗能量和暗物质。 八.人类如何在地外行星(如火星)上居住一年以上? 解读人:魏勇(中国科学院地球与行星物理重点实验室主任、2020年“科学探索奖”天文和地学领域获奖人) 走出地球是人类永恒的梦想,深空探测是科技竞争的制高点。美国和中国掌握了火星软着陆技术,承载着人类登陆火星的梦想,将赋予人类进化和人与自然关系新内涵。人类火星往返包括一年的太空旅行和一年半的火星生活。火星往返提出三大挑战:地火往返技术、生命保障系统、生理心理干预。太空旅行拥有载人登月的宝贵经验做基础,火星生活则是一个从零开始的全新工程。实现宇航员在火星居住一年以上,是对人类航天、能源、通信、电子、医学、生物科技等各方面科技水平的全面检验,由此产生的新的理论突破和发明创造将显著改变人们的生活方式,甚至引发新一轮历史性的科技革命。 九. 如何“求教”大自然,开发高度集成、智能、可修复的仿生系统? 解读人:王钻开(香港城市大学机械工程系讲座教授,工学院副院长、2020年“科学探索奖”先进制造领域获奖人) 科技迅猛发展使得人类入太空潜深海,似乎“无所不能”。但一个最基本的科学事实却是,即便神舟十二号上精巧的“天和”机械臂,其系统的集成度、智能化、以及自我修复功能也远远低于生物系统。在集成度方面,生物体系可以利用简单有限的生物材料,高效制备和自组装形成复杂的生物个体,科学家虽然能制造复杂的化学和物理单元,然而让这些单元自发装配成为复杂高度集成的个体结构,仍是梦想;在智能化方面,生物体系可以融合个体感知、思考和控制反馈,衍生出群体沟通、竞争和合作,相比而言,仿生智能软硬件却只能实现其中的“冰山一角”;在修复方面,小到壁虎断尾再生,大到生态系统的有机统一、低能耗和动态平衡,生物体系拥有非凡的修复本领,仿生系统的可修复探索还仅仅停留在分子层面的自愈合。 十.太阳能发电的规模化高效应用如何突破? 解读人:周欢萍(北京大学材料科学与工程系特聘研究员、2019年“科学探索奖”能源环保领域获奖人) 地球上一切能源来自于太阳能,地球每年消耗的全部能量,仅相当于太阳“给予”地球能量的一万分之一,太阳能利用还大有可为。有效利用太阳能既能逐步满足人类的能源需求,作为最重要的清洁能源之一,太阳能的高效利用也有助于减少环境污染和应对气候变化。光伏技术是实现太阳能直接向电能转化的最有效途径,是解决人类能源危机、环境污染的重要手段。如何通过技术手段使太阳能发电规模化高效利用,也就因此成为重大科学问题。针对太阳能发电的规模化高效应用,目前科学家主要围绕材料体系、制备工艺,器件结构及工作原理展开工作。 审读:谭录岗 本文来自【深圳商报-读创】,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2021-8-2
    最后回复 钴惆 2021-8-2 08:27
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  • 中国第1人!中国科大80后教授获量子计算国际奖项
    (来源:合肥高新发布) 作为量子信息领域的80后明星科学家,中国科学技术大学教授陆朝阳的研究工作再次获得国际奖项认可。当地时间10月7日, 美国物理学会(APS)宣布将2021年度罗夫·兰道尔和查尔斯·本内特量子计算奖(2021 Rolf Landauer and Charles H. Bennett Award in Quantum Computing)颁给陆朝阳,奖励其“对光量子信息科学,尤其是固态量子光源、量子隐形传态和光量子计算的突出贡献”。 青年科学家的殊荣 近年来,随着各个国家的大力支持和产业界的雄厚资金投入,量子信息科学发展迅猛,被称为“ 第二次量子革命”。由于该领域的重要性,美国物理学会在2015年专门新设立了“兰道尔—本内特量子计算奖”,用于表彰在量子信息科学领域,特别是在利用量子效应实现经典方法无法完成的任务方面做出杰出贡献的科学家。 该奖项以量子信息理论的两位先驱科学家命名,即首次提出擦除一个比特所需最小能量的兰道尔和首次提出可逆计算思想、和合作者一起提出量子密钥分发和量子隐形传态方案的本内特。 国际评审委员会每年在全世界范围内评选出一名博士毕业12年之内的青年科学家。前四届获奖人分别来自美国麻省理工学院、加州理工学院、瑞士苏黎世联邦理工学院和澳大利亚南威尔士大学。 陆朝阳是第一位获得这个奖项的中国科学家,也是第五位获得这个奖项的青年科学家。 年初曾获大奖 今年年初,陆朝阳已收获一量子领域大奖。2月,美国光学学会将2020年度阿道夫隆奖章授予东阳籍科学家、中国科学技术大学教授陆朝阳。阿道夫隆奖章设立于1940年,是美国光学学会历史最悠久的奖项之一。 上一次获奖,美国光学学会给出的获奖原因是陆朝阳“在光学量子信息技术领域,特别是在高性能单光子源、量子隐形传态和光学量子计算等方面做出的卓越贡献”,和这次美国物理学会给出的原因类似。 2019年12月,中国科大潘建伟、陆朝阳研究组与德国、荷兰的科学家合作,在国际上首次实现了20光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算,在四大关键指标上均大幅刷新国际记录,国际权威学术期刊《物理评论快报》以“编辑推荐”的形式发表了该成果。 《物理评论快报》审稿人认为,这项研究突破是“一个巨大的飞跃”,“是通往实现‘量子霸权’的‘弹簧跳板’”。美国物理学会《物理学》网站评价,这个实验将超越传统计算机,意味着量子计算领域的一个里程碑。 “量子鬼才”陆朝阳 陆朝阳1982年出生于浙江东阳,2000年考入中国科大。本科毕业后,他被保送进入微尺度物质科学国家实验室,师从潘建伟从事光量子信息方面的研究工作。 2007年,24岁的他作为第一作者在国际上首次实验实现了六光子纠缠“薛定谔猫态”和“簇态”,刷新了光量子纠缠的两项世界记录。该工作随后入选了两院院士评选的年度中国科技十大进展新闻。同年,陆朝阳在国际上首次用光子实现了量子大数分解算法。 2008年,陆朝阳进入英国剑桥大学卡文迪许实验室转向固态量子光学的研究,在三年之内完成了博士论文和答辩,同时成为了入选比例不到1%的剑桥大学丘吉尔学院Fellow。博士期间,他以第一作者在国际上首次观测到单电子自旋的实时量子跃迁和非破坏性测量,为固态量子计算解决了一个基础性难题。 △陆朝阳(左)与潘建伟(右) 回国后, 陆朝阳加入潘建伟带领的中国科大量子信息“梦之队”,在量子计算、量子通信、多光子纠缠、光子操控等方向上获得突破。 陆朝阳以量子纠缠研究闻名。量子纠缠指不同粒子无论相隔多远,量子态都可以相互关联的现象。他曾实现过八光子纠缠,这是一项世界纪录。维也纳量子科学与技术中心的量子物理学家安东·蔡林格将他称作“光子纠缠鬼才”。 期间,陆朝阳也屡屡获奖,如中科院青年科学家奖、“黄昆物理奖”、腾讯基金会发起的“科学探索奖”。2016年,陆朝阳参与的“多光子纠缠及干涉度量”项目获国家自然科学一等奖。 在国际上,2017年,欧洲物理学会宣布将菲涅尔奖(Fresnel prize)授予陆朝阳,为奖励量子电子学和量子光学领域35岁以下青年科学家的国际最高荣誉,每两年颁发一次。他成为继导师潘建伟和师兄陈宇翱之后 第三位获得该奖项的中国科学家。 网友 这才是我们要追的星 原文章作者:这里是合肥,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2021-8-2
    最后回复 峰帷 2021-8-2 06:29
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  • 美国加码量子计算,中美博弈即将加速
    2020年,中美科技竞争的焦点中,量子计算绝对榜上有名。这一点,从7月份美国的各种“防守”动作中可以窥见。 防——针对中国提出《战略法案》 7月22日,美国多名重量级的共和党参议员提出了《针对中国加强贸易、区域同盟、技术、经济和地缘政治倡议法案》(简称《战略法案》),以推进美国与中国进行竞争的全面战略。 法案中明确指出,美国将确保在量子计算、半导体、生物技术、人工智能等新兴技术中取得领先地位。同时提出,美国及其盟国和合作伙伴应领导制定和维护新兴技术的相关准则和使用,包括网络安全,人工智能,电信和量子计算等。 守——加大资金投入,建立量子计算中心 7月21日,白宫科学技术政策办公室和美国国家科学基金会(NSF)宣布投资7500万美元,在全国建立三个量子计算中心,用于量子计算领域的研究和开发,增加该领域的人才储备,带动该领域发展。 7月23日,美国能源部公布了在美国创建量子互联网的蓝图,提出要确保美国处于全球量子竞赛的前列,预计在10年内创建出一个全国性的量子互联网。追溯到今年2月份,美国白宫网站发布了《美国量子网络战略构想》,提出美国将开辟量子互联网,确保量子信息科学惠及大众。 在量子计算领域美国一直处于领先地位,IBM、谷歌、微软、英特尔、亚马逊、高通等科技巨头都在争相展示各自解决新型复杂计算问题的能力,谷歌更是在2019年宣布实现“量子霸权”;初创公司如IonQ、Rigetti等也不遑多让,在研发技术产品的同时,也获得了金额不菲的资金资助或融资;甚至连工业巨头霍尼韦尔也涉足量子计算,并在今年推出了量子体积为64的量子计算机。 与美国相比,我国在量子计算领域起步比较晚,与国际领先水平仍存差距,但我国针对量子计算的投资、科研力度不断加大,先后启动“自然科学基金”、“863”计划和重点研发项目和科技创新2030重大专项等科研项目,推动量子计算的技术研发和产业化落地。 国内企业在量子计算领域的表现也可圈可点,百度、阿里、腾讯、华为(简称“BATH”)等巨头纷纷建立了量子计算实验室或者研究所专门发展量子计算技术,主要侧重于算法、软件等方面的研发;新锐公司如启科量子等也开始崭露头角,启科量子自带量子计算“基因”,其核心团队的科学家们在十多年前就负责量子计算芯片、量子计算测控系统等方面的研究开发,拥有丰富的经验。 在量子计算的实现手段上,超导和离子阱是目前最为主流的技术,美国的IonQ、霍尼韦尔,国内的启科量子均采用离子阱方案(国内其他科研机构及企业多采用超导技术)发展自己的量子计算计划。相比超导方案,离子阱方案有以下优势: 1)单个或几个离子是干净的无杂质系统,量子相干时间很长。 2)离子的量子逻辑门和测量的保真度 (fidelity) 很高。 3)无须超级稀释制冷机,可以在室温下工作 4)容易多体纠缠:任意两个离子之间都可以相互作用(产生纠缠)。另外,自然中的同种原子是完全相同的,离子阱也特别适合模拟量子多体系统。 因此离子阱技术越来越受世界级科技巨头们的青睐,如英国量子初创公司Universal Quantum,在今年6月份获得了来自Village Global基金(该基金由Facebook的扎克伯格、亚马逊的贝佐斯和微软的比尔·盖茨支持)的450万美元融资。 量子计算未来可用于人工智能、药物开发、量子化学、新材料设计以及复杂优化调度等多个领域方向,正成为各国抢占经济、军事、安全、科研等领域全方位优势的战略制高点,无论是政府、学术界还是产业界都在致力于量子计算在各类场景的应用开发。 竞争是压力也是动力。在目前中美关系紧张,科技博弈加剧的情况下,我们更需要以技术应对挑战,打造核心竞争力,相信在政府、研发机构、BATH及启科量子等企业的不懈努力下,我国量子计算技术的研发和应用实力会加速提升,不断缩小中美差距,实现新的突破。 声明:转载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述。文章内容仅供参考,不构成投资建议。投资者据此操作,风险自担,文章来源于网络,如有侵权联系删除! 原文章作者:量财经,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2021-8-1
    最后回复 噙周损 2021-8-1 18:10
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  • 追逐量子计算等前沿,填补高端光芯片之空白芯力量初赛渐入佳境
    对比几年前,国产芯片初创企业最大的变化就是产品的多样性,不再像以往那样仅仅聚集在几个热门赛道上,国际上最前沿的技术方向都有公司在跟进。这也昭示了国内半导体行业的生态已经初具规模,在上下游的带动下,芯片设计已经进入了一个新时代。 以打造半导体投融资平台为目标的“寻找中国好项目,汇聚中国芯力量”已渐入佳境。7月8日,第三场初赛在热烈的会场氛围中成功举办。 5个项目参与了本场评选,展示了国内芯片行业在边缘智能、量子计算等高端领域的成果,得到了评委们的高度赞誉。 时擎智能:基于RISC-V的边缘智能计算架构和芯片 边缘智能是指终端智能,它是融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台,并提供边缘智能服务,满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。 时擎科技自主研发出一种适应未来3-5年边缘智能计算需求的可重构、可伸缩计算架构。其所有处理器核心均为自主设计且算力可配置,能根据不同处理任务动态重构计算部件、存储结构,最大化数据复用,兼顾“PPA”与灵活性。 时擎科技成立于2018年,总部位于上海张江。团队基于多年处理器领域的设计经验,根据AIoT落地场景应用和算法的需求,开发出了Timesformer系列可伸缩DSA处理器,以此为基础面向AIoT应用需求量身定制地研发了支持语音、视觉、显示、触控等多模态智能交互的AT系列芯片产品,灵活支持各类算法,在单位算力成本、能效比和应用适用性方面具有显著优势。 奥飞声学:高性能压电薄膜与压电式MEMS麦克风 传统电容式麦克风的信噪比已基本优化到极限,新型压电麦克风有固有的可靠及高信噪比优势,作为下一代MEMS麦克风得到广泛关注。 奥飞声学的压电式声学MEMS器件用更小的尺寸,实现了更高的灵敏度,可以与国际顶级厂家一拼高下。 公司主营业务是高性能压电薄膜和压电式声学MEMS器件,团队来自航天和中科院,在器件的材料、设计、工艺、验证等全流程各环节,拥有十多年的专业积累和产品开发经验。 派微电子:业界功率密度最高的集成功率半导体 功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心,本质上,是通过利用半导体的单向导电性实现电源开关和电力转换的功能,来实现变频、变相、变压、逆变、整流、增幅、开关等,被广泛应用于汽车、通信、消费电子和工业领域。 自2014年成立至今,派微电子聚焦于功率半导体核心工艺流程的研发,首次提出“全新电场操纵”AccuMOSTM专利技术,通过场强动态控制载流子的浓度,解决了MOSFET导通时减小电阻与截止时保证耐压之间的矛盾。 派微电子发布的产品已经实现以下目标: 1) AccuMOSTM的功率密度已经达到LDMOS、VDMOS业界最佳的2倍以上; 2) 实现业界功率最大的集成AC-DC控制器。 元芯光电:高端光通信芯片产业化(IDM) 光通信芯片是光通信行业的核心技术竞争力,目前国内光通信芯片严重依赖进口,高端光通信芯片国产化率不超过10%。 元芯光电以IDM模式集光通信芯片的研发、生产、测试于一体进行各环节的协同优化,以创新的设计方案和独到的工艺制程攻克光芯片的良率、工温、耦合、波长稳定性等难点,要打破国产高端光芯片缺乏的困境。 前期产品有:大范围可调谐激光器芯片、25G高速直调DFB激光器芯片、薄膜铌酸锂调制器芯片等,核心产品均具有自主知识产权,已在中国、美国完成专利注册,大规模量产后可实现高端光通信芯片的进口替代,助推我国5G基站建设、数据中心升级和高端传感设备提升竞争力。 本源量子:基于固态电子器件的量子计算机 量子计算被视为下一代计算技术的核心,各大科技巨头都不惜重金来进行研发。 依托现代半导体与集成电路工艺技术,结合量子计算技术与产品开发能力,本源量子通过量子处理器研发、量子处理器的极低温运行环境搭建、量子计算机测控系统、量子软件研究开发、量子云服务等工作,研制基于固态电子器件(半导体与超导)的量子计算机,具备量子优势能力,并探索在金融、人工智能、生物医药、大数据等领域的量子应用。 本源量子成立于2017年9月11日,是国内首家量子计算初创公司。总部位于合肥高新区,并在合肥市经开区和深圳设有分支机构。本源量子技术起源于中科大中科院量子信息重点实验室,专注量子计算全栈开发,各类软、硬件产品技术指标国内领先,已申请专利百余项。 初赛第四场预告: 项目名:OLED蒸镀用精细金属掩模版(FMM)制备及产业化 项目方:寰采星科技(宁波)有限公司 路演人:许宗义 总经理 项目简介: 寰采星科技(宁波)有限公司是国内唯一一家OLED半导体显示用精细金属掩膜版(FMM)产业化及工艺技术综合解决方案的高新技术企业。FMM是OLED半导体显示的前三大关键核心材料,该材料至今仍被日本DNP全球垄断封锁,成为制约我国OLED显示行业发展的卡脖子材料。公司创始团队来自于全球半导体显示行业领军级运营团队和全球领先的金属掩膜板核心技术团队,公司金属掩膜版工程成功申报国家发改委和工信部《2020年电子信息产业技术改造工程》,并由国家工信部首批推荐纳入重点行业产业链供需对接平台。公司已与中国半导体显示企业签订金属掩膜版联合开发协议,致力于突破关键技术,打破海外垄断,实现进口替代,坚决扛起维护中国半导体显示产业链安全的重大使命。 项目名:边缘计算AI SoC芯片全栈解决方案 项目方:珠海亿智电子科技有限公司 路演人:麦振宇 战略规划VP 项目简介: 亿智电子自研的AI SoC芯片,是面向边缘计算应用场景设计的AI专用芯片,集成自研的神经网络处理单元NPU,提供配套的AI算法和系统的软件解决方案。这种创新的全栈式方案,可解决业内普遍的AI落地难题,快速实现人工智能机器视觉算法在终端设备上的应用。 目前,公司已于2019年率先实现AI SoC芯片的量产并成功导入下游客户,覆盖视像安防、汽车电子、AIoT三个千亿市场。管理团队拥有超20年芯片产业经验,专注于万亿设备的AI赋能。 项目名:传感器端超高效率模数转换及混合信号处理芯片 项目方:深圳市九天睿芯科技有限公司 路演人:刘洪杰 CEO 项目简介: 九天睿芯由多名海归博士及华为、高通、IMEC等知名企业资深技术及管理人员建立的模拟/混合信号芯片公司。主要核心技术是模拟信号处理(Analog Signal Processing, ASP) 包含模拟信号前处理以及模数混合AI加速(Analog-Digital-Acceleration, ADA)。公司开发的混合信号AI加速芯片采用混合信号计算方法,突破了传统数字电路摩尔定律的局限性;通过直接在原始模拟信号中实时处理传感器数据(ASP)或使用混合信号电路处理在内存中计算(ADA)来解决“内存墙”瓶颈,从而解决了数字信号处理传输中的延迟和高能耗问题。公司成立不到两年,已经有初步销售且已与一些半导体巨头企业在SIP(silicon in package)方面合作。 模拟AI计算在工业界逐渐被关注,从startup如Mythic、Syntiant到半导体巨头TSMC、ADI、Renesas都已经开始布局这个方向。 公司团队同时拥有成熟的高性能模数转换器ADC设计技术,能够广泛应用于4G/5G基站、精密测试测量仪器设备,以及数字雷达等领域。ADC指标超过美国对华禁运ADC指标的10倍以上,是我国在该领域摆脱国外技术壁垒限制的重要突破。 项目名:新一代人工智能语音识别芯片及其解决方案 项目方:杭州芯声智能科技有限公司 路演人:汤健 总经理 项目简介: 芯声智能成立于2018年,是一家AI语音交互芯片提供商,研发了自主知识产权的人工智能算法与芯片,特别适合于手机、耳机、便携式、IoT、白电等方向的智能语音识别应用。其唤醒功耗小于1mW,达到业界顶尖水准,而内部CPU速度最高可以达到180MHz,算力也可以实现多种远场算法。目前芯片已经集成了自研的AGC、AEC、波速成型、去混响、复杂降噪算法、语音识别、声纹识别等多种算法,是业界比较高性价比的语音识别芯片。主要覆盖当量最大的两大应用领域:低功耗市场(手机、耳机、IOT)和低成本市场(白电、照明等)。 项目名:自主核心技术的超薄划片刀及划片研磨整体解决方案 项目方:厦门石之锐材料科技有限公司 路演人:孟暉 CEO 项目简介: 厦门石之锐材料科技有限公司由日本资深技术团队组建,拥有自主核心划片刀研发能力。产品性能达到国际知名大厂同等水平。目前WLCSP及传统封装(BGA,QFN等)光电产品用超薄划片刀已经稳定供货知名大厂,完美替代进口同类产品。 精彩还在继续,本次活动的报名通道依然打开!如果您的项目融资在B轮及以前,是泛半导体、终端项目(芯片设计、材料、设备、AI、智能硬件等ICT行业),欢迎报名参与! 注:本次活动最终解释权归活动主办方所有。 (校对/kaka) 原文章作者:爱集微APP,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2021-8-1
    最后回复 捉又 2021-8-1 11:19
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  • 80多位顶级物理学家参与论文撰写,谷歌称已用“悬铃木”量子计算机造出时间晶体|专家解析
    时间晶体即将诞生? 当地时间 7 月 28 日,谷歌在一篇预印本论文中表示,其首次使用 “悬铃木” (Sycamore)量子计算机创造出了 “真正的时间晶体”。 图 | 在不消耗能量的情况下时间晶体可在两种状态间来回翻转(来源:Quanta Magazine ) 参与该研究的科学家超过 80 人,分别来自斯坦福大学、普林斯顿大学、MIT 和德国德累斯顿马普固体化学物理学研究所(德累斯顿)等科研院所,论文标题为《在量子处理器上观测时间晶体的本征态序》(Observation of Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Processor )。 论文作者之一的德累斯顿研究所物理学家罗德里希莫斯纳( Roderich Moessner)告诉媒体:“这一结果是惊人的,我们逃避了热力学第二定律。” 此前,许多学者都在尝试模拟和制造时间晶体,但始终未能如愿。在谷歌量子计算机 “悬铃木”的帮助下,该团队实现了之前从未完成的实验,即模拟那些人类可以想象、但自然界可能永远不会存在的东西。 图 | 本征态中的序(来源:arXiv ) 北京理工大学物理学院教授尹璋琦分析称,在 2017 年科学家已经观察到这类离散时间晶体。一般来说,给一个系统做周期性驱动,系统很快就会热化,它的运动也变得杂乱无章。 而离散时间晶体会长时间稳定,它并不会吸热,整个系统在外界驱动下不断地翻转,步调保持一致,不会变得杂乱无章。不仅如此,离散时间晶体还破缺了时间对称性,比如说外加驱动周期为 T 时,离散时间晶体翻转的周期为 NT,这里 N 是一个大于 1 的数。 以往的实验对于系统初态要求很苛刻,必须初始化到某个初态才能展现出离散时间晶体的特性。此次实验实现的离散时间晶体很稳定,更一般的本征态也可出现时间晶体。也就是说,本次成果展示了一个非平衡的、可长时间存在,且破缺了离散时间平移对称性的离散时间晶体。 目前还不清楚离散时间晶体是否有实际用途,但其稳定性和可预测性或许会成为突破口。 当它处于周期运动状态时,如果对其进行规律性观察,就会得到时间晶体的确定状态,这或可帮助量子计算机进行信息储存。还有一些科学家认为,时间晶体或将揭示时间本质的深刻含义。 (来源:arXiv ) 巨头谷歌和物理学家的 “天作之合” 此次谷歌和科研院所的合作,可谓 “门当户对”。当时,前文所述的物理学家组成的时间晶体团队,找到了谷歌量子计算团队。 莫斯纳表示,2019 年他看到谷歌宣布 “悬铃木” 量子计算机成果时,就意识到 “悬铃木” 可能 “正是他的菜”。 巧的是,当时谷歌也在寻找能测试机器性能的任务,谷歌理论物理学家科斯佳克切吉(Kostya Kechedzhi)表示,他们的工作是尝试将这台机器用作研究新物理、或新化学的科学工具。 但是,作为该公司第一台量子计算机成品,“悬铃木” 的运算错误率太高,难以运行专为成熟量子计算机设计的密码算法和搜索算法。因此,这支由世界顶尖物理学家组成的时间晶体团队、与谷歌一拍即合。 量子计算机的主要优势在于,它能调整量子比特之间的相互作用强度,而它本身也由量子比特组成。 据悉,谷歌的量子比特由超导铝条组成,每个超导铝条都有两种可能的能量状态,因此可通过编程来表示粒子向上或向下的自旋,每个粒子都能同时保持两种可能状态,并被标记为 0 和 1。 而这种可调性,恰好是实现离散时间晶体的关键。研究中,该团队使用一个带有 20 个量子比特的芯片作为时间晶体,通过为每个初始配置运行数万次测试,并在运行不同时间间隔后、去测量量子比特的状态,借此可观察到在两个多体局域化状态间,自旋系统正在进行来回转换。 图 | 观察特征态顺序并与瞬态现象的区别(来源:arXiv ) 冰作为一种空间晶体,它的物质状态特点是极其稳定,只要不超过 0 摄氏度,即使出现温度大幅波动,冰依旧可以保持固态。类似的,研究人员发现微波脉冲只要在小于 180 度的范围内翻转自旋方向,自旋就能在两个脉冲后重返初始方向,就像小船在水面上回左摇右摆,只要船不翻,就能恢复姿势。 尹璋琦告诉 DeepTech,该成果属于基础研究,和老百姓的生活没有太大关系。其本质在于不光是验证一个基础问题,也在于测试量子计算机的性能。 据了解,谷歌为了做本次实验,特意提升了量子计算机的性能比如量子逻辑门的保真度等。通过一系列的标定和验证,最终有望让量子计算逐渐走向实用。 尹璋琦说自己一年前就看到了谷歌的理论方案,国内也有团队在做相关的实验研究。他还表示,国内的腾讯公司在超导量子计算实验上,已经发表过两篇论文,阿里巴巴、华为和百度等公司也有量子计算研究的相关团队。 图 | 通过量子典型性探测平均光谱效应(来源:arXiv) 时间晶体的 “前世今生” 时间晶体听起来很玄幻,但它既不是电影《复联》中的时间宝石,也没有穿越时空的力量,它是物理学家多年来正在努力创造的新物质状态,并且是一种不会自然存在的状态。 尹璋琦告诉 DeepTech:“时间晶体于 2012 年由诺奖得主、美国犹太裔理论物理学家弗朗克韦尔切克(Frank Wilczek)提出。 和时间晶体对应的是空间晶体,盐、水晶和钻石等都是空间晶体,它们的表现在于一个原子在空间中周期性地排列,形成了空间上的结构。 韦尔切克认为,既然在空间中有结构,那么在时间中是否有结构?如果有的话,那么在时间中应该也能形成晶体,借此他提出了时间晶体的概念。” 图 | 弗朗克韦尔切克(Frank Wilczek)(来源:资料图) 韦尔切克曾表示,这个想法是他在教授普通空间晶体课程时冒出来的,他说:“如果你从太空的角度思考晶体的构成,自然而然地就会想到时间是不是会影响晶体行为。” 但尹璋琦也表示,时间晶体也引起了较大争议,受限于理论原因,韦尔切克的最初设想很难做到。 后来,人们把时间晶体的概念做了推广,即由无外加驱动且处于平衡态的时间晶体,推广到周期性驱动下处于非平衡态的离散时间晶体。所谓离散时间晶体,指的是它能自发地破缺系统离散的时间平移对称性。 图 | 尹璋琦(来源:资料图) 说到这里尹璋琦打了个比方,处于离散时间晶体态的 “鼓”,敲它两下(或者更多)才会响一声,也就是说鼓的响应少于外界对它的驱动。假如驱动周期是一秒钟,而鼓震动的周期是两秒钟,也就是鼓不按照外界的驱动来走,这就等于鼓的时间平移性被破缺了。 简单来说,时间晶体一旦处于激活状态,不需要能量输入就可以不断地、有规律地 “左右横跳”。因为其运动具有周期性,所以在一个特定时间点观察时间晶体,就一定会得到期望看到的样子。 不同团队的殊途同归? 一直以来,关于时间晶体的研究,都有几条路线,其中有两条路线比较知名。 第一条路线发生在 2015 年,也是本次谷歌团队联合开发的路线。该团队发现,在特定方式下如果用激光刺激上述系统,粒子就会来回反复翻转,在两个截然相反的多体局域化状态之间,粒子会进行永远的重复循环,并且不会从激光中吸收任何净能量。 当时他们并未把该成果与 “时间晶体” 联系起来,只是发表了论文,并用 “第一个多体、非平衡的相” 阐述了这种新型物质状态,后来在一名审稿人的提醒下,他们才将该成果与 “时间晶体” 联系起来。 图 | 用于存放谷歌量子处理器的低温恒温器(来源:资料图) 第二条路线指的是,韦尔切克此前的学生、现为加州大学圣塔芭芭拉分校理论物理学家的切坦纳亚克(Chetan Nayak),与马里兰大学的物理学家克里斯门罗(Chris Monroe)联合使用电磁场来捕获和控制离子。2017 年,该团队的相关论文发表在Nature上。 尹璋琦评价称,2017 的实验只有十个量子比特,且只能在特定初态下看到离散时间晶体,系统稳定性不足。而本次的谷歌实验是三年前的后继,其更加符合理论构想和设计,即在更大的系统和更一般的初态中做出了时间晶体,也做出了一些非平衡的相变。 牛津大学凝聚态物理学家约翰查尔克(John Chalker)持有相同观点,他告诉媒体:“有充分的理由认为,此前的实验都没有完全成功,量子计算机将特别适合此类工作,比那些早期实验做得更好。” 就在 2021 年 6 月,纳亚克团队在Science上发论文称,他们用被捕获的离子实现了与时间晶体很相似的状态,其在两种状态之间转换的周期性变化,和真正的时间晶体非常相似。 这种状态不是永恒的,如果实验运行的足够长,系统就会趋于平衡,循环也会被破坏。纳亚克评价自己的成果称:“有了时间晶体,时间似乎突然与其他三个维度站在一起了。” 但也有人不同意这种说法,认为 “目前的时间晶体仍不能完美地统一时间和空间”。不过,在探索量子计算机的可能性的推动下,未来将出现更多讨论。凝聚态物理学的研究重点,也可能会从研究大自然赋予我们的东西,转变为想象量子力学允许的奇特物质形式。 -End- 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2021-8-1
    最后回复 倡膳昀 2021-8-1 10:22
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  • 量子计算先驱Scott Aaronson获ACM计算奖!他还是姚班学霸陈立杰...
    新智元报道 来源:acm 编辑:LQ 【新智元导读】在第一个「世界量子日」(4月14日),量子计算先驱Scott Aaronson荣膺2020年ACM计算奖。祝贺! 美国计算机协会(ACM)将2020年的ACM计算奖颁给了量子计算的先驱Scott Aaronson. https://p6.itc.cn/q_70/images03/20210417/e151ae1fbb1c46ccb0644f22ce53a807.png Scott Aaronson目前是德克萨斯大学奥斯汀分校计算机科学David J. Bruton Jr. 百年纪念教授,担任学校量子信息中心创始主任。 他的研究领域包括量子计算机的性能与局限,更广义的计算复杂度理论等。 Aaronson在康奈尔大学获计算机科学专业学士学位,在加州大学伯克利分校获博士学位,在加拿大滑铁卢大学量子计算研究所做博士后研究员。 2007-2016 年在MIT任教,2007 年秋任助理教授,2013 年春晋升为副教授。2016 年至今在德州大学奥斯汀分校任教,任全职教授。 姚班学霸陈立杰在MIT交换期间,曾师从Aaronson. Aaronson还著有《德谟克利特以来的量子计算》。 https://p9.itc.cn/q_70/images03/20210417/1c6bcf0cdf2c45338c996f6bbf541c9e.png 他的个人博客「Shtetl-Optimized」经常从科普向角度解答一些关于量子计算的问题,一直广受欢迎。他撰写的《谁可以命名更大的数字?》一文在计算机科学学术界中得到了广泛传播,文中使用了 Tibor Radó 所描述的 Busy Beaver Numbers 的概念来说明在教学环境中可计算性的局限性。 https://p1.itc.cn/q_70/images03/20210417/7c60ba269cfa4cc5811a8f4f44a3e669.png 4月14日,Aaronson博客更新The ACM Prize thing,其中还提到,14号恰好是第一个「世界量子日」。 https://p0.itc.cn/q_70/images03/20210417/832c2fae5bfa42dba9c4a47fe639f38e.png 值得一提的是,「九章」量子计算原型机在science上发的论文,Aaronson还是审稿人。他曾专门发博文解读这项研究的意义。 他为量子计算机「标注」能力范围 ACM介绍道,量子计算的目标是利用量子物理学定律来构造设备,以解决经典计算机无法解决或者无法在任何合理时间内解决的问题。 Aaronson向我们展示了计算复杂性理论的研究结果如何为量子物理学定律提供新的见解,并且清楚地说明了「量子计算机能做什么,不能做什么」。 不仅如此,Aaronson还帮助发展了「量子霸权」概念,即当一个量子设备能够在合理的时间内解决一个经典计算机无法解决的问题时,就达到了里程碑。 https://p5.itc.cn/q_70/images03/20210417/95e1af0b2e594de7ba7b0bf595a109ae.png Aaronson建立了许多量子霸权实验的理论基础。这种实验让科学家们能够给出令人信服的证据,证明量子计算机能够提供指数级的加速,而不必首先建立一个完整的容错量子计算机。 ACM总裁Gabriele Kotsis表示,「Aaronson的贡献并不局限于量子计算,在计算复杂性理论和物理学等领域也产生了重大影响。」 杰出贡献 玻色子取样: 在The Computational Complexity of Linear Optics一文中,Aaronson和合著者Alex Arkhipov证明了完全由线性光学元件构成的基本量子计算机不能被经典计算机有效地模拟。 从那时起,Aaronson 开始探索量子霸权实验如何能够提供量子计算的一个关键应用,即生成加密随机位。 https://p9.itc.cn/q_70/images03/20210417/f9eea1b3b18a4c8a93477cca49cb77d3.png 量子计算机的局限:在2002年发表的论文Quantum lower bound for the collision problem中,Aaronson 证明了碰撞问题的量子下界,这项工作界定了量子计算机在多对一功能中发现冲突的最短时间,从而证明了密码学的基本构成部分将保持量子计算机的安全。 经典复杂性理论:Aaronson因在「代数化」方面的工作而闻名,这是他与Avi Wigderson共同发明的一种技术,用于对分离和折叠复杂度类的代数技术的局限性的理解。 普及量子计算:除了他的技术贡献外,Aaronson还使得量子计算被广大的读者所理解。他通过努力已被公认为该领域的主要发言人。 ACM计算奖群星闪耀 ACM 计算奖旨在表彰研究成果产生了深远影响和广泛意义的中青年计算机科学家。该奖项的奖金为 25 万美元,资金支持由 Infosys Ltd.提供。ACM 计算奖以前被称为 ACM Infosys 基金会计算科学奖。 ACM 奖获得者将被邀请参加海德堡桂冠论坛,这是一个年度网络活动,汇集了来自世界各地的年轻研究人员和 ACM 图灵奖、阿贝尔奖、菲尔兹奖和奈凡林纳奖的获得者。 https://p9.itc.cn/q_70/images03/20210417/e45df17ab7e04e51adc89f09200e4108.png 第一届获奖得主是Daphne Koller,斯坦福大学计算机科学与病理学客座教授,曾与吴恩达一起创办Coursera. https://p3.itc.cn/q_70/images03/20210417/cc71454cafed456cb1fc9fb86ca9df5d.png 2012年,获奖者有两位:Jeff Dean和他背后的男人Sanjay Ghemawat. https://p1.itc.cn/q_70/images03/20210417/55eb933348d34c8990f5a1df6a9f79b8.png 2019年,获奖的是AlphaGo研发团队领导者David Silver. https://p1.itc.cn/q_70/images03/20210417/26268d14b3614e6b96ebb8f675820157.png 参考资料: https://awards.acm.org/about/2020-acm-prize 博客 https://www.scottaaronson.com/blog/ https://www.scottaaronson.com/papers/collision.pdf https://www.scottaaronson.com/papers/collision.pdf 中国要做自己的GPT,万一实现了呢? AI家,新天地。西山新绿,新智元在等你! 办公地址:北京海淀中关村软件园3号楼1100 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2021-8-1
    最后回复 乙骑看 2021-8-1 01:52
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  • 宇宙射线对量子计算的威胁比以前想象的要大
    来自太空和自然背景辐射的高能粒子与包含超导量子位的芯片碰撞时会引发难以纠正的错误 物理学家说,量子计算机可能需要重新设计,以保护它们免受背景辐射的影响。在较早的实验表明宇宙射线会严重破坏超导量子位 (qubits) 的运行后,由美国威斯康星大学麦迪逊分校的Robert McDermott领导的国际团队现在得出结论,领先的纠错方法不太可能自行解决问题。相反,McDermott 及其同事建议,可能需要将屏蔽和量子位芯片设计的变化相结合,以将错误保持在可管理的水平。 几十年来,宇宙射线一直是经典计算领域的难题。当这些高能粒子从太空飞入并撞击硅计算机芯片时,芯片中的一个或多个位可能会以程序员从未想过的方式改变状态或翻转。如果这些错误没有得到纠正,可能会导致破坏性的故障——包括,在一种情况下,在向飞机仪表输入错误数据的位翻转错误后,航空航班上的乘客受伤。 面码纠错 对于量子计算机,问题更加复杂,因为量子位状态可以在两个方向(代表 X 轴和 Z 轴)而不是一个方向翻转。尽管如此,一种称为二维表面码的纠错形式原则上应该能够处理量子位翻转,只要量子处理器满足某些要求。 表面代码纠错的工作原理是在超导量子位的平板中编码信息,每个超导量子位都与其最近的邻居相连。如果单个量子位操作的错误率足够低,那么应该可以使用其中一些量子位通过多量子位操作来识别和纠正相邻量子位中的错误。另一个要求是错误不能相关——换句话说,影响一个量子位的错误不能同时影响它的邻居。 不幸的是,麦克德莫特的团队发现由宇宙射线和来自背景辐射的伽马射线引起的错误不符合第二个条件。“我们基本上是寻找多种机制为相关误差,”克里斯Wilen,在威斯康星州的博士研究生和的主要作者新的研究有关的研究,告诉物理世界。 准粒子中毒 为了研究这些相关误差并量化它们的影响,McDermott 及其同事构建了一个包含两对量子比特的芯片:一对相距 340 μm,另一对相距 640 μm。在这个四量子位系统上执行量子运算时,物理学家观察到配对量子位上感应的电荷同时发生了许多跳跃。当他们使用标准粒子物理学工具包对这些电荷爆发进行建模时,他们确定相关的跳跃源于芯片与伽马射线和宇宙射线的混合物之间的碰撞。 对于物理间隔最小的量子位对,相关跳跃的概率最高,这表明将量子位间隔得更远可以减少高能粒子撞击芯片的直接影响。然而,该小组也遇到了一个更棘手的问题:这些撞击释放的能量最终以声子的形式转移到量子位基底,声子是材料中的振动,可导致准粒子的产生。随着这些声子的传播,它们会产生其他类型的相关误差,这些误差会影响整个毫米级芯片。这种现象被称为准粒子中毒,Wilen 表示,除非可以减轻这种现象,否则它“可能对纠错非常有害”。 在Nature 中,研究人员提出了两种可能的解决方案。一种是通过用铅屏蔽量子处理器并将其转移到地下站点来保护量子处理器,就像对辐射特别敏感的暗物质和中微子检测实验所做的那样。另一种方法是降低量子位的灵敏度,例如,向芯片添加材料,可以捕获准粒子或将它们从量子位基板漏出。“这是我们将要克服的障碍,”Wilen 说,并补充说威斯康星州小组计划在未来探索其中的几种缓解策略。 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2021-8-1
    最后回复 癌忆筏 2021-8-1 00:11
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  • 比美国快100亿倍,九章量子计算机颠覆传统,中国科技的国之重器
    我国这种新式计算机一经出世,就在计算一种极难问题的速度上,领先了当前人类最强大的超级计算机100万亿倍。换句话说,超级计算机花6亿年才能完成的工作,它只需要200秒。而它的出现也成功让我国跻身进了量子霸权的领域,今天就跟大家聊聊我国的“九章”量子计算机,它的出现对于我国来说又有什么意义呢? 既然说到了计算机,就不得不说人类计算的发展历史。我们都知道当今世界几乎由电脑和网络主宰,而人类发明的电脑其本质就是为了计算。因为在科学家看来,宇宙中的所有问题背后的原理其实都是一条条算式,若是摸清规律,任何问题都可以得到解决。 目前世界公认的人类最早的计算机其实就是我国算盘,这是一种纯机械式的计算机。作为最原始的计算机,它并不能自主运算,更多依赖的其实是人工手动。正因如此,它的计算效率并不高,能够快速解决的无非是一些简单的加减乘除等运算。 可随着时代发展,人类社会的效率越来越高,需要处理的信息量也越来越大。这时候传统的机械式计算机就无法满足人们的要求了,必须有一种运算速度更快的机器才行。在这样的情况下,利用电能的计算机就此诞生。我们现在常用的无论是电脑还是手机,亦或是各种类型的电子产品,其计算的本质其实都是一样的。 不过虽然芯片的计算能力很强,但它依然存在无法解决的问题。比如目前人类最强大的电子计算机“富岳”,在处理一些极难问题的时候他依然得用上千年甚至上万年的时间来完成计算,而这样的运算速度对于人类显然是没有意义的。 所以在进入20世纪后,量子力学这种全新理论的出现,让整个世界仿佛进入了一个新的时代,更是对我们传统的世界观提出了挑战。量子力学中最著名的假说就是薛定谔的猫了。简单来说,这是一只能够以任何方式存在的猫,只有当你看到它的时候,它是死是活,是站是卧才能被确定。也就是说在量子领域,一切物质存在的状态都是叠加的,都有着无限的可能性。 正是由于这个原理,量子计算机出现了。可以这么理解,我国九章的出现,就是打破人类传统认知的一块敲门砖。 我国九章计算机光是输出态空间就达到了10的30次方,我们可以将输出态空间理解为它计算问题的结果。而目前人类为记录这些结果,用光世界上所有的光盘、硬盘恐怕都不够,由此可见它的计算力有多么强大。 也正因为九章计算机的种种性能指标犹如天文数字一般,超过人们的想象力太多。因此当我国科学家将它能做到的事情公布后,许多人第一时间的反应不是激动,而是认为我们在吹牛。 其实在更早一些时间,美国的谷歌公司就研发出了一款量子计算机,而谷歌也就此提出了“量子霸权”的说法。这里要解释一下,量子霸权也被翻译为量子优越性。与我们通常理解的国与国之间的关系不同,量子霸权的意思是“如果量子计算机对某种问题的计算能力超过最强的传统计算机,那么就能证明量子计算在未来对传统计算机有着碾压般的优势”,换句话来说,量子霸权指的就是两种计算机之间的关系。 我国的九章计算机,是专门针对解决“高斯波色采样”问题的计算机。这个问题简单来说就是,面对一个高尔顿版,将许多小球从最上方扔下,掉落的每一颗小球都有可能向左也有可能向右,而到了下一层又会有着同样的选择,所以当许多小球都遵循这种随机掉落的模式时,要想统计它们的规律计算量无疑是非常大的。 目前人类算力最强的“富岳”超级计算机,在拥有5000万个样本的情况下,计算这个问题足足需要6亿年,换句话来说,可能人类早都灭亡了,它还没有算出结果。而我国的九章在同等条件下计算这个问题只需200秒,这对于传统计算机来说就是不折不扣地降维打击。 我们再来做一个横向对比,此前美国的悬铃木也是一种量子计算机,可在同等条件下计算高斯波色采样问题,九章也要比它快100亿倍。可以说,我国的这款量子计算机在这种问题的计算上不光达到了量子霸权,更是在算力上远超过美国。 那么既然量子计算机拥有如此强的能力,是否意味着它已经能进入民用或军用,彻底让我们进入新时代呢?其实这个问题目前的答案是不能。因为不管是我国的九章还是美国的悬铃木,都是“单一”用途的原型机,也就是说它们只能针对一种问题做高速运算。 这是因为量子计算机是基于量子叠加状态这种神奇的效应实现的,如果用科幻片中常用的设定打比方:那就是我们一旦输入问题,立刻就有无限个空间的计算机同时进行计算结果,这样的话每个计算机分到的任务就会很少,因此效率很高。而我们只需要将这些空间内的计算结果加以收集和记录,问题就迎刃而解了。 但问题是,量子的叠加状态是非常不稳定的,一旦人类操作不当,这些数据就会丢失。从这点上看,传统计算机比起量子计算机还是有着无与伦比的稳定性。不过科技永远是向前发展的,而我国的九章只是一种原型机,也就是说这种技术目前全人类都在试验阶段,一旦能解决其不稳定的问题,人类的科学必定会上升到新的高度。 比如我国目前在可控核聚变领域虽然取得了世界前所未有的突破,托卡马克反应堆的首次放电也让其他国家为之一震。因为一旦人类能掌握可控核聚变问题,那么所有能源都将用之不竭。不过,我国现在面对的无法长时间控制核聚变的问题主要就卡在材料上,而量子计算机若是能针对特定材料进行模拟计算,技术已经达标的我们很快就能将可控核聚变技术应用在生活中。 不光如此,包括人工智能、军工科学等众多领域,一旦有了量子计算机的加盟,算力大幅提高的我国必将实现越来越多的突破。所以量子计算机并不是一些人口中的忽悠工程,而是各大国都在争先恐后竞赛的新兴领域。 而现在的世界上只有我国和美国有能力研发量子计算机,也就是说,我们目前的竞争者只有美国。谁能在这个领域率先取得技术上的领先,就能将量子霸权变为实打实的技术垄断。 但就目前的情况来看,我国已经站在了这条关键赛道上,并且在起跑阶段领先了美国。不过我们要知道量子计算机的竞赛这不是短跑比赛,而是一场短则十几年长则几十年的马拉松。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索,在给我国科学家默默加油的同时也要相信,我国未来一定会因量子领域在世界上拥有举足轻重的地位。 原文章作者:科普有嘻哈,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2021-7-31
    最后回复 陶平乐 2021-7-31 22:47
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  • 量子计算不再科幻?宝马/大众等牵头,联手发力量子计算应用
    《车市零距离》是车市物语旗下自媒体,每天提供最新鲜的汽车零部件和智能网联相关资讯。 近日,宝马集团宣布与大众、博世、SAP(思爱普)等9家领先的德国企业共同建立量子技术与应用联盟(QUTAC),该联盟的目标是探索将量子计算进一步发展为行业应用。此外,宝马集团还与慕尼黑工业大学(TUM)签署量子算法和应用的合作协议,将在六年时间里为该大学筹集510万欧元,推动量子计算的研究与行业应用结合。 未来,量子计算与宝马的可能相关领域包括多方面内容:比如在物流和规划的优化方面,量子计算显著改进排班计划和冗余预测;在材料模拟方面,量子计算有助于发现诸如高能量电池和坚固的轻量化材料;在机器学习方面,量子计算能够提高计算机视觉和语言处理的准确性;在常见的加密应用方面,基于量子计算的强大能力,常规的加密方法将不再那么安全,因此需要开发新的解决方案,以保证公司内部及智能网联车的安全通信。 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2021-7-31
    最后回复 皋然淋 2021-7-31 07:02
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  • 中国量子计算原型机 九章 问世比超级计算机快100万亿倍
    今日(12月4日),中国科学家宣布成功研制出76个光子(量子比特)量子计算原型机“九章”,其处理特定问题的速度比目前最快的超级计算机快100万亿倍。这项成果意味着中国成为继美国之后全球第二个实现“量子计算优越性”的国家,是一项里程碑式的突破。 (光量子干涉实物图。图源:中国学技术大学。摄影:马潇汉,梁竞,邓宇皓) “九章”由中国科学技术大学潘建伟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科研团队历经20余年自主研制,相关论文今日于国际学术期刊《科学》发表。据悉,将其命名为“九章”是为了纪念中国古代最早的数学专著《九章算术》。 200秒vs.6亿年,“九章”远胜超级计算机 以计算速度来看,“九章”求解数学算法高斯玻色取样仅需200秒,而当前世界速度最快的超级计算机“富岳”需要用6亿年。 去年9月,美国谷歌公司推出的53个量子比特计算机“悬铃木”,对量子电路的一个实例取样100万次需要200秒,快于当时世界最快的超级计算机“顶峰”2天的耗时,首次实现了“量子优越性”。 等效来看,“九章”的计算速度比“悬铃木”快100亿倍,并弥补了“悬铃木”依赖样本数量的技术漏洞。 (“九章”量子计算原型机光路系统原理图。图源:中国科技大学。制图:陆朝阳,彭礼超) 通常认为,50个量子比特是证明量子计算机有望超越传统计算机的关键门槛。而“九章”为76个光子(量子比特)100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机,输出量子态空间规模达到了10的30次方。 “量子优越性就像一个门槛,是指当新生的量子计算原型机,在某些问题上的计算能力超过了最强的传统计算机,就证明其未来有多方超越的可能。”中科大教授陆朝阳表示,多年来国际学界高度关注、期待这一里程碑式转折点的到来;研制量子计算机也已成为世界科技前沿的最大挑战之一,成为各个国家全力角逐的焦点。 为构建这台实现“量子优越性”的量子计算原型机,研发团队主要攻克了高品质光子源、高精度锁相、规模化干涉三大技术难题。中国科学院院士、中国量子卫星首席科学家、中国科学技术大学教授潘建伟介绍打比方说:“我们每次喝下一口水很容易,但每次喝下一个水分子很困难。”光子源要保证每次只放出1个光子,且每个光子一模一样,这是巨大挑战。同时,锁相精度要在10的负9次方以内,相当于100公里距离的传输误差不能超过一根头发直径。 量子计算机的应用前景 中科院量子信息重点实验室副主任、本源量子计算公司创始人兼首席科学家郭国平曾表示,量子计算是在信息学里的一种应用,比如信息分为采集、传输、处理,量子计算就是利用量子力学的原理或者量子态的特性,使信息处理能力得到提升的一种计算方法。利用量子态的状态进行信息的编码、信息的处理、信息的读取,这就是量子计算。 “九章”牢固确立了中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。 《科学》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”。研究人员希望这个工作能够激发更多的经典算法模拟方面的工作,也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,但最终量子并行性会产生经典计算机无法企及的算力。 潘建伟表示:在“九章”量子原型机的基础上,研究团队将通过提高量子比特的操纵精度等一系列技术攻关,希望能够通过15到20年的努力,研制出通用的量子计算机,用来解决包括密码分析、气象预报、药物设计在内的诸多领域的问题,以及用来探索物理学或者化学生物学的一些复杂问题。 注:中国科学技术大学潘建伟研究团队一直在光量子信息处理方面处于国际领先水平。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”。 原文章作者:亚时财经,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2021-7-30
    最后回复 舍焖 2021-7-30 21:01
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  • 量子计算被泼了冷水:理论物理学界泰斗称其在可预见的未来搞不...
    作者:Mikhail Dyakonov在法国蒙彼利埃大学的查尔斯库仑(Charles Coulomb)实验室从事理论物理研究工作。他的大名与诸多物理现象联系在一起,最著名的现象也许是迪阿科诺夫表面波(Dyakonov surface wave)。 目前提出的策略有赖于高精度地操纵数量多得难以想象的变量 眼下量子计算风靡一时。似乎没有哪天新闻媒体不在报道这项技术有望带来的出众优点。大多数评论人士忘记了或者完全掩盖了这个事实:几十年来人们一直在搞量子计算,却没有任何实际的结果好炫耀一番。 有人告诉我们,量子计算机有望“在许多学科领域带来突破,包括材料及药物发现、优化复杂的人造系统和AI等领域。”有人向我们保证,量子计算机将“永远改变我们的经济、工业、学术和社会格局。”有人甚至告诉我们,量子计算机“可能很快就会破解保护世界上最敏感数据的加密技术。”现在到了这样的地步:物理学众多领域的许多研究人员声称自己开展的研究工作与量子计算有一定的关联,以此证明其研究工作的必要性。 与此同时,政府研究机构、学术部门(其中许多由政府机构资助)和企业实验室每年花费数十亿美元研发量子计算机。在华尔街,摩根士丹利及其他金融巨头预计量子计算很快会成熟起来,急于想搞清楚这项技术如何能帮到自己。 这多少已成了一场自我延续的军备竞赛,许多企业组织参与竞争似乎只为了避免被抛在后面。世界上一些顶尖的技术人才(比如在谷歌、IBM和微软等公司)正在努力工作,并借助最先进实验室拥有的丰富资源,以期实现他们憧憬的量子计算未来。 有鉴于这一切,我们很自然想知道:实用的量子计算机到底何时才会搞出来?最乐观的专家估计要过5年至10年,较为谨慎的专家预测再过20年到30年。(顺便提一下,过去的20年已有人作出类似的预言。)极少数人说“在可预见的未来搞不出来”,我正是其中之一。我从事量子和凝聚态物理的研究工作已有数十年,逐渐有了这种非常悲观的观点。之所以有这个观点,是由于对实现量子计算需要克服的巨大技术挑战有深入了解。 量子计算概念最早出现在近40年前的1980年,当时出生于俄罗斯的数学家尤里·曼宁(Yuri Manin,现在波恩的马克斯·普朗克数学研究所工作)最先提出了这个概念,尽管是相当模糊的雏形。不过第二年这个概念迅速遐尔闻名,那年加州理工学院的物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)独立提出了这个概念。 费曼后来认识到研究中的系统变得过于复杂时,量子系统的计算机模拟变得无法进行,于是提出了这个观念:计算机本身应该在量子模式下运行。他当时说:“该死的,大自然不是经典的;如果你想要对大自然进行模拟,最好把它变成量子力学;天哪,这是很棒的问题,但不是那么容易解决。”几年后,牛津大学的物理学家大卫多伊奇(David Deutsch)正式描述了一种通用量子计算机,这是通用图灵机的量子版系统。 不过直到1994年,这个课题才备受关注,当时数学家彼得肖尔(Peter Shor,当时在贝尔实验室,目前在麻省理工学院)为理想的量子计算机提出了一种算法,那样为非常大的数字分解因子比在传统计算机上快得多。这一杰出的理论成果引发了人们对量子计算产生了浓厚兴趣。自那以来,已发表了数千篇关于这个课题的研究论文(主要是理论研究),而且继续层出不穷。 量子计算的基本思想是,以一种与传统计算机全然不同的方式来存储和处理信息,传统计算机基于经典物理学。可以说,传统计算机通过操纵大量运行起来实际上就是通断开关的微型晶体管来工作,通断开关在计算机时钟的周期之间改变状态。 因此,任何特定时钟周期开始时的经典计算机的状态可以通过实际上与单个晶体管状态对应的长长序列的比特来描述。若有N个晶体管,计算机就有2N种可能的状态。根据规定的程序,这种机器上的计算基本上包括让一切晶体管在“通”状态和“断”状态之间切换。 在量子计算中,经典的双态电路元件(晶体管)被名为量子比特(qubit)的量子元素所取代。与传统比特一样,量子比特也有两个基本状态。虽然众多实物可合理地充当量子比特,但最简单的用法是电子的内部角动量或自旋,而自旋有特殊的量子特性:在任何坐标轴上只有两种可能的投影:+1/2或-1/2(以普朗克常数为单位)。无论选择的是哪条轴,你都可以将电子自旋的两个基本量子态表示为↑和↓。 这时候情况变得怪异起来。若是量子比特,这两个状态不是唯一可能的状态。那是由于电子的自旋态由量子力学波函数来描述。而这个波函数涉及两个复数:α和β(名为量子振幅),由于是复数,因而有实部和虚部。那些复数即α和β各自有某个振幅;而且按照量子力学的规则,它们的平方振幅必须加起来是1。 那是由于那两个平方振幅对应于你在测量时,电子自旋处于基本状态↑和↓的概率。又由于那些是唯一可能的结果,两个相关的概率必须加起来是1。比如说,如果发现电子处于↑状态的概率是0.6(60%),那么发现电子处于↓状态的概率势必是0.4(40%),没有其他的可能性。 与经典比特只能处于两个基本状态中的一个相比,量子比特可能处于一连串可能状态中的任何一个,由量子振幅α和β的值所定义。这个属性常常由相当惊人的定论来描述,即量子比特可同时存在于↑状态和↓状态。 是的,量子力学常常有悖直觉。但是这个概念不应该用这种令人困惑的言辞来加以表达。相反,可以看成位于x-y平面内的一个矢量,与x轴呈45度倾斜。有人可能会说,这个矢量同时指向x方向和y方向。这种说法在某种意义上是正确的,但其实不是实用的描述。在我看来,将量子比特描述为同时处于↑状态和↓状态同样毫无助益。不过,记者们这么来描述几乎成了一种惯例。 在有两个量子比特的系统中,有22即4个基本状态,可以写为(↑↑)、(↑↓)、(↓↑)和(↓↓)。当然了,两个量子比特可以由涉及四个复数的量子力学波函数来描述。在N个量子位的一般情况下,系统状态由2N个复数来描述,复数受到它们的平方振幅必须加起来是1这个条件的限制。 虽然在任何特定时刻有N个比特的传统计算机势必处于2N个可能状态中的一个,但有有N个量子比特的量子计算机的状态由2N量子振幅的值来描述,这是连续参数(可以是任何值,而不仅仅是0或1)。这是量子计算机强大功能的起源,但也是其巨大脆弱性和薄弱性的原因。 信息在这样的机器中如何处理?借助运用某些类型的变换(名为“量子门”)来处理,而量子门能以一种精确的、受控制的方式来改变这些参数。 专家估计,实用量子计算机所需的量子比特数在1000个至100000个,这种量子计算机在解决某些类别的有趣问题方面可与笔记本电脑一较高下。因此,在任何特定时刻描述这种实用量子计算机状态的连续参数数量必须至少是21000个,大致相当于10300个。这个数字确实很庞大。有多大?比可观测宇宙中亚原子粒子的数量还多得多。 重复一下:实用量子计算机需要处理一组连续参数,数量比可观测宇宙中的亚原子粒子数量还多。 眼下,头脑冷静的工程师对描述一种可能的未来技术失去了兴趣。在任何实际的计算机中,你得考虑错误的影响。在传统计算机中,如果一个或多个晶体管在应该接通时被断开或应该断开时被接通,会出现错误。可使用相对简单的纠错方法来处理这种不希望看到的情况,这些方法利用了内置到硬件中的某种冗余机制。 相比之下,面对实用量子计算机必须处理的10300个连续参数,如何牢牢控制错误绝对不可想象。然而,量子计算理论家已成功地让公众相信这是切实可行的。的确,他们声称阈值定理(threshold theorem)证明了能做到这一点。他们指出,一旦每个量子门的每个量子比特的误差低于某个值,无限长的量子计算就成为可能,而代价是所需的量子比特数量大幅增加。他们认为,由于那些额外的量子比特,可以通过使用多个物理量子比特形成逻辑量子比特来处理错误。 每个逻辑量子比特需要多少物理量子比特?其实没有人知道,但估计通常在大约1000到100000之间。因此结果是,实用量子计算机现在需要100万或更多的量子比特。而定义这种假想量子计算机的状态的连续参数的数量现在变得更荒谬了。 即使不考虑这些异常庞大的数字,令人警醒的是,也没有人搞清楚如何将许多物理量子比特组合成可以执行实用计算操作的较少数量的逻辑量子比特。倒不是说这向来不是关键的目标。 21世纪初,应高级研发活动中心(美国情报界的一家资助机构,现在是情报高级研究项目活动中心的一部分)的要求,一队杰出的量子信息专家为量子计算制定了路线图。为2012年所定的目标是“需要大约50个物理量子比特”,并“让多个逻辑量子比特完成容错[量子计算]所需的一整套操作,以便执行一种简单的相关量子算法......”现在已到了2018年底,而这种能力还没有予以演示。 围绕量子计算撰写的大量学术文献在描述实际硬件的实验研究方面尤其轻描淡写。不过,业已报道的比较少的实验极难进行,应得到尊重和钦佩。 这种原理证明实验的目的是表明执行基本量子运算的可能性,并演示已设计出来的量子算法的一些元素。它们所用的量子比特数少于10个,通常是3个到5个。很显然,量子比特从5个到50个(高级研发活动中心专家组为2012年设定的目标)带来了难以克服的实验难题。它们很可能与25 = 32,而250 = 1125899906842624这个简单的事实有关。 相比之下,量子计算理论似乎没有遇到处理数百万量子比特方面的任何重大困难。比如误差率方面的研究在考虑各种噪声模型。已证明(在某些假设下)“局部”噪声产生的误差可以通过精心设计、非常巧妙的方法来纠正,包括大规模并发机制(以及其他技巧),数千个门同时应用于不同的量子比特对、数千次测量同时进行。 十五年前,高级研发活动中心的专家组特别指出,“在某些假设下已确定,如果可以获得每个门操作的阈值精度,量子纠错将让量子计算机可以无限期计算。”这里的关键词是“在某些假设下”。然而,这群杰出专家并没有解决这些假设能否果真得到满足的问题。 我认为他们也解决不了。在物理界,连续量(无论是电压还是定义量子力学波函数的参数)既无法测量,也无法精确地操纵。也就是说,任何连续可变量无法做到有精确值,包括0。在数学家看来,这可能听起来很荒谬,但任何工程师都知道,这是我们所处的这个世界无可置疑的现实。 当然,可以准确地知道离散量,比如教室中的学生数量或“开通”状态下的晶体管数量。持续变化的量则不是这样。这一事实可以解释传统数字计算机和假想量子计算机之间的巨大差异。 的确,理论家针对量子比特准备到特定状态、量子门的操作和测量可靠性等方面所做的种种假设都无法准确地实现。只能以有限的精度来接近它们。所以真正的问题是:需要什么样的精度?比如说,必须以什么样的精度在试验中获得2的平方根(进入许多相关量子运算的无理数)?应该近似为1.41还是1.41421356237?还是说需要更精确?令人惊讶的是,不但这些关键问题没有明确的答案,甚至从未讨论过! 虽然目前正在探究制造量子计算机的各种策略,但许多人认为最有希望的一种方法立足于使用互连的约瑟夫森结(Josephson junctions)冷却到超低温度(低至约10毫开)的量子系统。加拿大公司D-Wave Systems最先研究这种方法,现在IBM、谷歌、微软和其他公司亦步亦趋。 最终目标是制造一台通用量子计算机,可以在使用肖尔算法对大数分解因子方面击败传统计算机,借助1996年洛弗格罗弗(Lov Grover)在贝尔实验室开发的一种同样很有名的量子计算算法执行数据库搜索,并执行适合量子计算机处理的其他专用应用软件。 硬件方面,高级研究工作正在开展中,最近研究和制造出了49个量子比特的芯片(英特尔)、50个量子比特的芯片(IBM)和72个量子比特的芯片(谷歌)。这方面工作的最终结果尚不完全清楚,特别是由于这些公司还没有透露其工作的细节。 虽然我认为这样的实验研究大有助益,并有助于更深入地了解复杂的量子系统,但我怀疑这些努力果真会带来实用的量子计算机。这种计算机必须能够在微观层面以极高的精度来操纵物理系统,这种物理系统的特点是参数多得难以想象,每个参数可能呈现连续范围的值。我们果真能学会控制决定这类系统的量子状态的超过10300个连续变量参数吗? 我的回答很简单。根本不能。 我认为,恰好相反,量子计算热接近尾声。这是由于几十年是技术或科学界任何大泡沫所能持续的最长时间。一段时间后,由于做出了太多未能实现的承诺,一直关注这个话题的人会开始对宣布即将取得突破的新闻感到腻味。此外,到那个时候,该领域所有的终身教授职位已“名花有主”。支持者年龄越来越大,热情越来越低,而年轻一代寻求全新的技术,更有可能取得成功。 所有这些问题以及我在本文中并没有提及的另外几个问题对于量子计算的未来打上了大大的问号。用几个量子比特进行的很基本但很困难的实验与依赖操纵数千个到数百万个量子比特来执行实用计算的极其发达的量子计算理论之间存在着巨大的差距,不太可能很快就能缩小这个差距。 在我看来,量子计算研究人员仍应该听从IBM的物理学家罗尔夫兰道尔(Rolf Landauer)几十年前在这个领域首次备受关注时给予的告诫。他敦促量子计算的支持者们在出版的论文中加入这样的免责声明:“这种方案与量子计算的所有其他方案一样都依赖理论技术,目前并未考虑噪声、不可靠性和制造错误方面所有可能的来源,可能不会奏效。” 量子技术社群欢迎加入,群主微信:aclood(备注任职单位+职位,否则不予通过) 原文章作者:云投条,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2021-7-30
    最后回复 贰内鹅 2021-7-30 14:30
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  • Google量子计算再次重大突破!首次模拟化学反应,可用于开发新化学...
    Google 继去年 宣布实现量子优越性后,终于迎来了又一重大进展—— 首次实现使用量子计算机对化学反应进行模拟。 8 月 27 日,Google 量子研究团队宣布其在量子计算机上模拟了迄今最大规模的化学反应。相关成果登上了《科学》杂志的封面,题为《超导量子比特量子计算机的 Hartree-Fock 近似模拟》(Hartree-Fock on a Superconducting Qubit Quantum Computer)。 为了完成这项最新成果,研究人员使用 Sycamore 处理器,模拟了一个由两个氮原子和两个氢原子组成的二氮烯分子的异构化反应。最终,量子模拟与研究人员在经典计算机上进行的模拟一致,验证了他们的工作。 值得一提的是,这项新研究所用的 Sycamore 处理器曾在 2019 年轰动世界,并在去年 10 月,助力 Google 量子团队的研究登上《自然》杂志 150 周年版的封面。 在关于 Sycamore 的论文中,它在 200 秒之内所完成目标计算量需要当时世界最快的超级计算机上持续计算 1 万年。由此,Google 宣布实现量子优越性,即证明量子计算在某些问题上的处理能力超过经典计算机。论文的 76 名作者表示, 距离量子计算机有价值的短期应用只有一步之遥。 该论文发表后,Google CEO 皮查伊在接受《麻省理工科技评论》专访时曾表示,“此次事件就像莱特兄弟发明飞机一样。虽然飞机第一次试飞只飞了 12 秒钟,看起来没有实际用处,但它证明了飞机飞行的可能性。” 皮查伊认为,其实量子计算真正令人兴奋的地方在于,根据已有的物理理论,我们所处的宇宙在最根本的层面上遵循量子法则,因此早期的量子计算应用能帮助我们更好地了解宇宙的工作方式,并在后来逐渐实现能按量子物理对分子和分子间作用进行精确模拟,在医学和碳排放治理等涉及化学的重要研究领域发挥作用。 10 个月后,Google 用 量子计算机首次模拟了化学反应,也算对皮查伊当初那番展望的初步落地。 对于此次成果,Google 研究人员瑞恩 · 巴布希(Ryan Babbush)表示,虽然这种化学反应可能相对简单,也不是非量子计算机而不可为,但是这项工作对于量子计算来说依旧是一大步。他说:“我们现在在一个完全不同的尺度上进行化学反应的量子计算。之前的计算工作基本上可以用铅笔和纸手工完成,但我们现在看到的演示,肯定需要电脑来完成。” 巴布希认为,将这个算法扩展到模拟更复杂的反应应该是很容易的,模拟大分子中的反应只需要更多的量子比特,然后对计算进行微调。他说,未来我们甚至可以利用量子模拟开发新的化学物质。 解锁量子计算机新技能 根据化学反应过程的量子力学定律对化学反应过程进行精确的计算预测,可以解锁新的化学领域,改善现有工业。可惜的是,由于量子变量的数量和统计量呈指数级扩大,除了最小的系统之外,所有其他量子化学方程的精确解依旧无法用现代经典计算机得到。 与此同时,原子和分子之间受量子力学控制,因此量子计算机有望成为精确模拟它们的最佳方法。也就是说,通过使用量子计算机,利用其独特的量子力学特性来处理经典计算机难以处理的计算,可以实现对复杂化学反应过程的模拟。 如今的量子计算机已经足够强大,可以在某些任务中获得明显的计算优势,不过此前,量子计算机很难达到模拟大原子或化学反应所需的精度。换句话说,量子计算机是否能用于加速目前的化学反应量子模拟技术,仍是一个悬而未决的问题。 在这项最新的实验中,Google 团队解锁了这一应用。他们使用一个噪声鲁棒性的变分量子特征值求解算法(VQE) ,通过量子算法直接模拟化学反应机制。 虽然计算集中在一个真实化学系统的 Hartree-Fock 近似模拟上,但它是之前用量子计算机进行化学计算的两倍大,并且包含了十倍多的量子门操作。值得一提的是,研究验证了目前的量子算法可以达到实验预测所需的精度,并打开了通向真实模拟量子化学系统之路。此外,Google 团队已经发布了实验的代码,它使用了化学量子计算的开源库 OpenFermion。 图 | 用于演示量子优越性和量子化学模拟的量子计算机(来源:Rocco Ceselin) 使用Sycamore 处理器实现高精度 这个实验是基于 Sycamore 处理器进行的,正是它去年展示了 Google 实现量子优越性。 尽管这个最新实验使用更少的量子比特,但要解决化学键的问题需要更高的量子门保真度。这也推动了新的、有针对性的校准技术的发展,这种技术可以最佳地放大误差,以便诊断和纠正误差。 图 | 在 Sycamore 处理器的 10 个量子比特上模拟的 Hartree-Fock 模型对分子几何形状进行能量预测(来源:Google) 量子计算中的错误可能来自量子硬件堆栈中的各种来源。Sycamore 处理器有 54 个量子比特,由 140 多个独立可调谐元件组成,每个元件由高速模拟电脉冲控制。要实现对整个装置的精确控制,需要对超过 2000 个控制参数进行微调,这些参数中即使发生微小误差,也会迅速叠加到最终计算中,积累成大误差。 为了精确地控制设备,Google 团队使用一个自动化的框架,将控制问题映射到一个有数千个节点的图形上,每个节点代表一个确定单个未知参数的物理实验。通过这张图,团队可以从设备的先验知识转移到高保真量子处理器,并且可以在一天之内完成。 最终,这些技术和算法误差纠正技术一起,使误差降低了几个数量级。 左:氢原子线性链的能量随着每个原子之间的键距增加而增加。实线是用经典计算机进行的 Hartree-Fock 模拟,而点是用 Sycamore 处理器进行的。 右:用 Sycamore 处理器计算的每个点有两个精度度量(错误率和平均绝对误差)。“Raw”是来自 Sycamore 处理器的非错误缓解数据。“+PS”是来自校正电子数量的一种误差减轻类型的数据。“+Purification”是一种针对正确状态的错误缓解措施。“+VQE”是所有误差消除与电路参数的变化弛豫的组合。在 H8,H10 和 H12 上进行的实验显示,缓解错误后性能得到了类似的提高。 “量子纠错”才是关键 2015 年 10 月,澳大利亚新南威尔士大学首度使用硅制作出量子逻辑门,距今已经将近 5 年时间。 这个时间并不算短,量子计算机理应有更外显的发展才对,尤其是在电子计算器已经为量子计算机的发展指明方向的情况之下。 核心的算术逻辑单元设计、控制单元设计、芯片的指令系统、编译器、编程语言、乃至于软件生态都是现成的,量子计算机只需要沿着之前的车辙,按部就班地抄作业,5 年时间,或许每人一台量子计算机不太现实,但出现小规模的商用应该不成问题。 而之所以量子计算机进度缓慢,“纠错”就是阻碍其发展的关键问题之一。 真实的量子比特则远没有常规的硅基电路般稳定,Google、IBM 和 Rigetti 采用的量子比特都由 超导金属刻蚀而成的 微纳谐振电路构成,虽然这种硬件方案已经较其他类型的量子比特更易于操控和电路集成。 每个量子线路有两个确定的能态,我们可以分别记为 0 和 1。通过在这个线路上施加微波,研究者就能使它处于其中一个状态,或者两个状态的任意组合——比如说 30% 的 0 和 70% 的 1。 但是, 这些 “中间态” 会在极短的时间内弥散,或者说 “退相干”。甚至在退相干发生之前,噪声就可能会“冲撞” 并改变这些量子态,让计算结果“出轨”,朝不想要的方向演化。 对于这件事,去年 Google 发表论文声称实现量子优越性的时候,就有一位加利福尼亚大学戴维斯分校的数学家格雷格 · 库珀伯格(Greg Kuperberg)对此“不以为然”,他同时也是一位量子计算领域的专家,他认为 Google 设定的目标并非问题的核心。 以往,我们大都将目光聚焦到了所谓量子优越性的身上,而忽略了不那么 “劲爆” 却关键的领域。 Rigetti 的创始人兼 CEO,物理学家 Chad Rigetti 对此打了一个生动的比方, 假如你花一亿美元造了一台 10000 个量子比特的计算机,当纠错问题被解决的时候,它的威力巨大,而反之则是一台随机噪声发生器。 Google 显然已经意识到了其中的问题并着手解决。 理论上,有多种方法可使用量子计算机来模拟分子系统的基态能量。在这项研究中,谷歌团队专注于量子算法的 “构建块” 或原初线路(circuit primitive),并通过 VQE 完善其性能。在经典设置中,原初线路等效于 Hartree-Fock 模型,并且是此前该团队为优化化学模拟而开发的算法中重要线路的组成部分。 这使得 Google 团队可以专注于扩大规模,而不会花费大量的模拟代价来验证设备。因此,在扩展到 “超越传统” 范围时,在该组件上的 稳健误差缓解对于精确模拟至关重要。 量子计算中的错误源于量子线路与环境的相互作用,从而导致错误的逻辑运算: 即使很小的温度波动,也可能导致量子比特误差。 量子计算机上模拟化学反应的算法必须 以较低的代价解决这些错误,包括量子比特的数量和额外的量子资源,例如实现量子纠错码等。 目前,解决错误最流行的方法就是使用 VQE。Google 团队选择了几年前开发的 VQE,它将量子处理器视为神经网络,并试图通过最小化成本函数来优化量子电路的参数,解决噪声的量子逻辑。就像传统的神经网络可以通过优化来解决数据中的缺陷一样,VQE 可以动态调整量子电路参数解决量子计算过程中发生的错误。 来自物理学家的挑战 在量子纠错的问题,有一些来自物理学家的最新进展。 在一篇 6 月 8 日发表在《自然 · 物理》的研究结果中,苏黎世联邦理工学院的 Andreas Wallraff 教授及其合作者演示了,他们可以通过 3 个辅助比特来探测,但不纠正,一个 4 比特正方网格编码的逻辑量子比特中的错误。 论文一出便引发质疑,“操控各个独立的量子比特都会引入一定的错误,除非这个错误能够低于某个特定的阈值,否则将初始比特与更多的比特纠缠只会增加更多的噪声”,一位来自 IBM 的物理学家 Maika Takita 说,“在演示任何事情之前你必须先设法做到那个阈值以下。” 辅助比特以及其他纠错装置会引入更多的噪声,一旦计入这些效应,要求的错误阈值将进一步大幅下降。想要让上述的纠错方案可行,物理学家必须将他们的错误率降到 1% 以下。 Takita 说:“当我听到我们达到了 3% 的错误率时,我觉得那太棒了。现在,我知道它(错误率)还需要大幅降低。” 值得注意的是,一旦该方案取得成功,那么专注于量子计算机的研究者将“一夜回到解放前”,所有的量子逻辑门都需要重做,所有的硬件设计都需要随之更改。 当然,这只是科学家们针对这一问题提出的一种可能解法,我们不苛求能够立竿见影,但重要的是他们正在朝着相同的目标进发。 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2021-7-30
    最后回复 坏窟历 2021-7-30 09:47
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  • 量子计算,日本押注跨国巨头?是福是祸?
    随着中美在量子计算领域竞争愈发激烈,赛道之外的国家也纷纷入局,希望分得技术红利。而日本则将自己的未来压在了IBM与霍尼韦尔这类跨国科技巨头身上。 7月26日,日本首台商用化量子计算机正式运营。该设备由IBM供货,东京大学负责运营管理,可供日本科学机构和企业的研究人员使用。 这也是IBM在美国之外安装的第二台IBM Quantum System One量子计算机,第一台则在本月初落户德国。 2019年,IBM联合东京大学建立日本-IBM量子合作伙伴关系。2020年,IBM和东京大学发起了量子创新倡议联盟(QIIC),与包括DIC、日立、JSR、庆应义塾大学、三菱化学、瑞穗、MUFG、索尼、三井住友信托银行、东芝、丰田和横河等企业合作,推进日本量子计算研发。 除了在超导技术上与IBM的合作,日本也选择了离子阱技术路线。今年6月,全球最大的钢铁制造商之一的新日本制铁与霍尼韦尔&剑桥量子合作探索工厂调度优化的解决方案。 这家位于东京的公司在2019年生产了超过5000万公吨的钢铁产品。新日本制铁长期投资先进计算技术,以帮助员工优化调度并最大限度地提高效率。 现在,它正在探索量子计算如何能提供帮助。该公司与剑桥量子计算公司(CQC)合作,为其在钢铁生产过程中使用的中间产品制定了一个最佳时间表。他们开发了一种算法,并在霍尼韦尔量子解决方案的最新商用计算机System Model H1上运行。 新日本钢铁公司首席研究员Koji Hirano表示:"安排钢铁厂的运营是我们面临的最大后勤挑战之一,我们一直在寻找简化和改善这一领域运营的方法。 制造钢铁是一个多步骤的过程,几十年来基本保持不变。工厂首先将铁矿石、煤和其他材料加工成钢坯(铁和碳的合金),然后再转化成产品。在现场拥有适量的原材料和中间产品以完成订单是一种平衡行为。再加上多种订单、订单类型(钢的等级)和尺寸、生产数量、最后期限和其他规格等因素,运营一家钢铁厂的复杂性就会大大增加。 鉴于变量的数量,精简优化生产过程和进行有效调度极具挑战性。但它也代表了一个可以大幅提高效率和降低运营成本的领域。这种挑战并不是钢铁制造业所独有的,类似的组合优化问题在全球制造业、运输业和分销系统中无处不在,其中货物和服务要经过几个步骤。即使使用今天的超级计算机,寻找最佳解决方案也很困难。 量子计算机利用某些量子物理现象,一次代表多个解决方案,并找到最佳解决方案,这使它们独特地适合解决此类优化挑战。 然而,今天的量子系统仍处于早期阶段,还不能解决所有存在的变量,所以CQC和新日本制铁制定了一个代表性的问题。量子计算机System Model H1仅在几步之后就能找到最佳解决方案。“这些结果对于将这个问题扩展到更大的实例是令人鼓舞的,”Mehdi Bozzo Rey说。“这项实验展示了System Model H1与现代量子算法配对的能力,以及这项新兴技术的真正前景。”霍尼韦尔量子解决方案公司总裁Tony Uttley说,这样的合作表明公司可以开始使用量子计算机来解决复杂的现实世界问题。“新日本制铁和剑桥量子计算公司能够取得的结果表明,量子计算将成为企业寻求竞争优势的有力工具,”他说。 在这条关乎未来国家竞争力的赛道上,中国自然不会假他人之手。 在全球量子信息技术发展的早期阶段,我国就由郭光灿等一批科学家将量子信息科学引入国内并发展壮大。2001年,我国量子信息领域第一个省部级重点实验室--中科大中科院量子信息重点实验室正式落成。二十多年来,实验室诞生了多项世界级的科研成果,为国家培养了大批量子信息领域的专家学者。 2017年,已是院士的郭光灿与学生郭国平深感国内量子计算在工程化上与国外差距越来越大,亟待将论文中的科研成果转化为对社会有用的生产力,本源量子应运而生。 2018年12月,本源量子发布国内首个集成化的量子测控一体机;2019年9月,全球首个量子化学应用软件ChemiQ诞生;2020年9月,本源量子上线国内首台工程化超导量子计算机--本源悟源;2021年2月,国内首款量子计算机操作系统--本源司南诞生。从底层硬件到上层软件,本源量子一步步打造出了国产可控的量子计算机。 此外,聚焦于行业应用的国内首个量子计算产业联盟OQIA也在2018年成立,国内量子计算的产业化进程开启。 量子计算机是信息时代的核武器,也是未来科技竞争中的国之重器。在这条赛道上,坚持自主可控是我们唯一的选择。 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2021-7-29
    最后回复 祖饺 2021-7-29 19:15
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  • ibm量子计算机落户日本:拥有27个量子比特,未来可升级
    品玩7月28日讯,近日, IBM 和东京大学日前推出了 IBM Quantum System One,作为 IBM-日本量子计划的一部分,旨在加速量子计算的研究与教育、推进工业界量子实际用例的研究以及开发商业量子计算硬件组件。这是继 6 月在德国安装后,第二台安装在美国之外的 IBM 量子计算机。 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2021-7-29
    最后回复 佘丝微 2021-7-29 15:20
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  • 中国量子计算专利数领跑全球!3000多项“倍杀”美国
    智东西(公众号:zhidxcom) 编译 | 心缘 编辑 | 漠影 智东西3月15日消息,据日经亚洲报道,中美在高科技领域的竞争进入了一个新阶段,量子技术将成为在中长期影响经济竞争力的重要技术之一。 下一代计算机量子计算有望彻底改变工业材料和医药的发展,以及人工智能的使用,还将能够破解互联网的加密。发展量子计算还可能带来破解其他国家互联网通信密码的能力。 日经亚洲称,美国在各种技术方面一直是世界的领跑者,但在量子技术方面,中国正处于领先地位。与日本等盟国的合作,将是美国总统拜登政府保持美国在这一领域竞争力的关键。 一、中国量子技术专利数“倍杀”美国 大数据预测分析和咨询服务公司Valuenex对量子技术相关专利的分析显示,整体来看,中国拥有3000多项量子技术相关专利,大约是美国的两倍。 在量子计算机硬件方面,美国的专利数量优势明显。以140项专利排名第一的IBM、以81项专利排名第三的微软、以65项专利排名第四的谷歌、排名第五的英特尔均为美国企业。 在量子计算软件技术相关专利方面,美国也领先于其他国家,专利排行榜全三被美国企业包揽,日本NTT排名第四,中国哈工大排名第五。 但在量子通信和密码学方面,中国处于领先地位。在该领域与硬件相关的专利中,如光子交换设备,华为以100项专利排名第二,北京邮电大学以84项专利排名第四。 中国公司在量子通信和密码学领域也拥有许多软件技术专利。 二、中国将量子信息列为七大科技前沿领域 2013年的“斯诺登事件”引发了全球对量子通信和密码学的关注,当时前中央情报局雇员爱德华·斯诺登揭露了美国大规模监听活动收集情报的行为,量子技术被视为更具保密性的通信技术。 日本国立信息与通信技术研究所研究员佐佐木正英(Masahide Sasaki)认为,在西方留学的年轻中国研究人员回国后,为中国量子技术的突破性进步做出了贡献。 2016年,中国成功发射了全球第一颗量子科学实验卫星“墨子号”,在激烈的全球竞争中能取得这一突破,实属不易。 作为一颗科学实验卫星,“墨子号”主要有两个目的,一是为了实现超远距离星地之间的量子保密通信,二是对爱因斯坦所提出的“量子力学非定域性”开展严格意义下的验证。 国际学术顶刊《自然》(Nature)对此评价道,在这场“特殊的太空竞赛”中,中国“迈出了一大步”。 据悉,“墨子号”发出以后,性能指标远超预期,原本计划两年内完成的科学试验任务,在两三个月内就能完成,现已满足预定科学目标。 新美国安全中心在2018年发布的一份报告中提到,“中国显然渴望领导……量子革命。” 中科院院士潘建伟所率领的科研团队是中国量子通信及计算研究的排头兵,其研究论文已多次登上《自然》、《科学》(Science)等学术顶刊。 2020年12月,中国科学技术大学宣布该校潘建伟教授等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”,求解数学算法高斯玻色取样只需200秒,跑赢谷歌的53-qubit量子电脑原型机。 最新公布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》显示,中国计划以年均7%以上的速度增加全社会研发经费投入,并将新一代人工智能、量子信息、集成电路、脑科学与类脑研究、基因与生物技术、临床医学和健康、深空深地深海和极地探测列为攻关的七大科技前沿领域。 三、多国加大量子革命战备,日本愿与美国合作 近年来,量子信息技术的巨大前景,正吸引多国投入这一赛道的研发。 2016年4月,欧盟宣布投入10亿欧元支持量子技术,作为其继石墨烯和脑科学之后的第三个旗舰型科研项目。同年7月,美国国家科技委员会提出《推进量子信息科学:国家的挑战与机遇》报告,建议加大对量子信息科学的投入。 据市场调研机构Astamuse分析,美国正在努力追赶,2018年开始的与量子计算相关的研究投资是前一年的3倍,超过2亿美元。 美国政府的目标是开发“量子互联网”,这是一种能够实现超安全通信的下一代互联网。 与此同时,2021年1月,《自然》期刊上刊发了由中国科学技术大学教授潘建伟、陈宇翱等撰写的论文《跨越4600公里的天地一体化量子通信网络》。 利用量子保密通信“京沪干线”和“墨子号”量子科学实验卫星,中国已成功组建了一个长达4600公里的全球首个天地一体化量子通信网络,可以有效地将卫星与地球上的位置连接起来,已经能提供视频通话、音频通话、传真、文本传输和文件传输等多种服务。 《自然》杂志审稿人评价称,这是地球上最大、最先进的量子密钥分发网络,是量子通信“巨大的工程性成就”。 显然,无论是欧盟还是美国,都不打算在量子计算领域甘居人后。 欧盟委员会在3月9日公布的《2030数字指南针》报告展示了欧盟接下来十年的数字化转型发展目标,其中在量子计算方面,计划到2025年,欧洲将拥有第1台具有量子加速功能的计算机,为欧洲在2030年之前处于量子能力的前沿铺平道路。 更早几天,3月3日,拜登政府宣布的临时国家安全指导文件称:“美国必须重新投入资金,保持我们的科技优势,再次发挥领导作用,与我们的合作伙伴一道建立新的规则和做法。”该指导意见提到,量子计算和人工智能将对经济、军事、就业以及促进平等的努力产生广泛影响。 而在日经亚洲看来,日美合作可能是决定全球科技霸权斗争结果的关键。 日本的通讯和加密技术比美国更先进,东芝、NEC和NTT持有其近10%的硬件专利。一名日本政府官员告诉《日经新闻》:“我们愿意迅速与拜登政府合作。” 结语:全球竞逐量子技术制高点 从国家安全,到金融、电力等行业场景,再到个人,信息安全都无比重要,量子通信能提供一种更加安全的通信手段,有助于未来大幅提升信息安全水准。而拥有超快计算能力的量子计算机,有望解决传统计算机难以解决的计算难题。 无论从专利总数还是前沿研究来看,中国的量子通信及量子计算正处于国际领先地位。如今量子技术已成为各国未来五年攻关的关键技术方向,在这一竞争环境下,量子技术相关研发及创新或将进一步提速。 来源:日经亚洲 原文章作者:智东西,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2021-7-29
    最后回复 褛垂宸 2021-7-29 14:29
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  • 首设量子计算前沿技术赛题2020百度之星大赛 鲜肉 云集炫技
    当你用智能音箱操控空调时,当自动驾驶汽车开上街头时,又或者当量子计算成为讨论话题时,那些关于AI时代便捷、高效的想象也许正在成为现实。而在时代还在缓缓拉开的时候,年轻的AI人才已经涌现,而此刻他们中的一部分人正齐聚技术界"奥斯卡"——2020百度之星大赛的颁奖典礼现场。 (百度CTO 王海峰等与百度之星选手在一起) 在这场脑力值溢出的大赛现场,00后后浪选手们表现尤其抢眼,更让一众前浪汗颜的是,本届百度之星最小参赛选手陈奕帆竟然刚上小学六年级!没错,那个你会嫌弃的小学生游戏队友,如今已经站上百度之星的舞台攻略技术难题,成为一颗正散发光芒的"小星星"。 (百度CTO王海峰寄语参赛选手) 颁奖现场,百度CTO王海峰在致辞中讲到,"今天我们迎来了百度之星第16届的同学们,祝贺大家取得了非常优异的成绩。如今不管是中国还是世界已步入第四次工业革命,其核心驱动力量就是人工智能。而人工智能以及很多改变世界的科技最终是由程序员用一行行代码实现的。科技的发展在大家共同的努力中不断进步,未来我们这些同学们一定会是其中的中坚力量。不管是大星星还是小星星,相信未来每一位同学都有机会成为巨星,百度之星也会给大家提供一个更好的平台,助大家一臂之力!" 而为这些后浪们提供一展才华的舞台的百度之星也大有来头。据了解,百度之星自2005年开赛至今,已走过16载,是国内唯一一个连续举办了16年的企业级编程赛事,与NOI(中国计算机学会主办)、ACM(国际计算机协会)、GCJ(谷歌)、Hack up(Facebook)四大编程赛事共同组成了程序界的大满贯,旨在挖掘顶尖技术人才,推动中国互联网和AI领域人才长大。目前,百度之星参赛选手已累计近30万,成为众多校园群体每年必参加的编程比赛之一。 今年百度之星大赛的号召力依旧不减,自大赛启动以来,有超400所高校2305支开发者团队报名开发者大赛,同时有近800所高校超万人报名程序设计大赛,达到100%覆盖国内34个省级行政区域,100%覆盖42所双一流高校,211高校覆盖率90%。此外,还吸引到美国、瑞士等海外高校学子参赛,参赛规模进一步扩大。 (颁奖典礼现场图) 在这个承载着技术梦想和极客精神的舞台上,已经涌现出第四范式创始人戴文渊、旷视联合创始人兼CTO唐文斌等多位如今在业界赫赫有名的"大牛"。而像李白天同学、陈奕帆同学等一众"小星星"也正在冉冉升起,在百度之星大赛的舞台上探寻AI时代的宝藏。 (百度CTO王海峰为程序设计大赛冠军李白天颁奖) 而在程序设计大赛的最小参赛选手,来自鲁迅小学六年级的陈奕帆同学收获了全场瞩目,毕竟一个年龄比赛事本身还小的选手不多见!在决赛的上半场,陈奕帆在一众大哥哥大姐姐"围堵"中冲进前十,对于这样的亮眼表现,初生牛犊不怕虎的他给自己的表现打了90分的高分。同时,他还提到,自己四年级的时候就开始接触编程,编程对他来说是一个可以用来娱乐的游戏。此外,陈奕帆还获得了百度之星颁发的"未来之星"奖,在获奖感言中,他说到,来到百度之星大赛,他学习了技术、积累了经验、开拓了眼界。 (百度CTO王海峰为陈奕帆小朋友颁奖) 值得关注的是,此次程序设计大赛决赛题目为"量子电路",要求选手们通过合适的量子电路(逻辑门网络)来完成量子计算,这是该大赛首次采用量子计算命题。实际上,处于科技前沿的量子计算,在新一轮的科技革命和产业变革方向有着重大的引领作用,并已日益受到产学研各界的关注。近日,量子计算更得到国家战略层面重视。而百度作为业界的先行者之一,已抢先布局,并致力实现"人人皆可量子"的愿景。在今年9月的百度世界2020大会上,百度全新发布国内首个云原生量子计算平台量易伏,并全面升级量子脉冲云计算服务系统量脉和量子机器学习开发工具集量桨,通过构建以百度量子平台为核心的量子生态,开启量子时代的大门。 对于这样的赛题,曾代表中国出战第32届国际信息学奥林匹克竞赛(IOI2020)的国家队队员周雨扬表示,自己之前并未接触过量子计算,看到这个题目第一反映是"量子波动速读",是一枚妥妥滴5G冲浪选手。他还表示,看到题目,当时心里还是有些慌,但随后开始结合所学知识思考如何解决问题,并在决赛上半场取得了不错的成绩。 (比赛中的周雨扬) 在本届百度之星大赛的另一条赛道——开发者大赛上,参赛者同样胶原蛋白满满,但赛事激烈程度不减。该大赛赛题为"交通标识检测与场景匹配",要求参赛团队深度利用深度学习等人工智能技术解决车道线和场景识别准召等实际问题。最终,来自中国科学院大学邓毓弸、苏州天瞳威视电子科技有限公司顾竟潇组成的团队"请遵守交通规则",拿下开发者大赛的冠军殊荣。冠军团队上台领奖的时候,温暖的一幕出现了,顾竟潇带着自己的孩子一起接下了这份荣誉,他曾对孩子的这一份"拿到冠军"的许诺也在今天成为现实。 (百度首席技术官王海峰为开发者大赛冠军团队"请遵守交通规则"颁奖) 邓毓弸还透露,两人曾经是对手,但在比赛中的倾力配合,让他们成为互相鼓励拼搏的队友。"比赛的乐趣很大源于此,和一群志趣相合的人做纯粹的事情,开始的时候是陌不相识的对手,通过比赛让我们变成无话不谈的好朋友甚至是亲密的队友,然后并肩作战共同创造更多可能性。"邓毓弸表示。 除了团队成员的配合,百度开发者大赛参赛团队提供了飞桨深度学习平台和一站式深度学习开发平台AI Studio,以及数十万的样本数据和免费的GPU算力支持,助攻参赛团队完成比赛,冲击冠军宝座。同时百度还提供了大量PaddleCV模型和工具,包括飞桨目标检测套件PaddleDetection、飞桨图像分类套件PaddleClas、飞桨模型压缩工具PaddleSlim等,可节约繁琐的人工操作,降低AI应用实现的难度。 (颁奖典礼现场图) 从2005年到2020年,百度之星大赛始终致力于为年轻技术人才搭建交流、学习和历练长大的平台,让更多人接触AI技术,也让年轻AI人才在这里发光发亮。 在任何时代,人才都是推动社会进步的关键力量。而在这个AI时代,AI人才的需求正在被放大。百度之星大赛作为百度AI人才培养体系的重要一环,通过为年轻学子提供发挥才能、实现技术梦想的实践平台,持续发掘、培养年轻AI人才,为中国智能经济和智能社会的发展提供AI人才保障。 原文章作者:科技记阅未来,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2021-7-29
    最后回复 盛曼语 2021-7-29 09:40
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  • 2021量子计算技术创新与趋势展望附下载
    量子科技——让人类认识和改造世界的实践能力迈向前所未有的高度。量子调控和量子信息技术爆发式的发展也标志着“第二次量子革命”的迅猛兴起,全球量子科技制高点的争夺日益激烈,我国始终将量子科技作为增强国际科技竞争的国家实力之一。2021年,国务院发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》将量子信息作为事关国家安全和发展全局的基础核心领域。 【互联互通社区】,回复【2021量子计算技术创新与趋势展望】获取全部报告内容。 为推动全国上下更好地认识、理解量子信息、了解国家战略导向,提高社会各界对这一前沿科技领域的重视程度、投入强度、支持力度,进而助力国家战略部署有效落实,5月12日,众诚智库重磅发布“国家战略科技研究系列之《2021年全球量子信息发展报告》”。报告立足中国,放眼全球,对量子信息的基本原理和发展历程进行了梳理和研究,对世界主要国家在量子信息领域的战略谋划和布局进行了分析对比,从量子通信、量子测量、量子计算三个维度进行了现状、技术、应用等发展情况进行全面剖析,深刻总结我国发展量子信息面临的问题和挑战,旨在为加速推动我国量子信息产业化进程提供一些思考。 声明互联互通社区互联互通社区专注于IT互联网交流与学习,旨在打造最具价值的IT互联网智库中心,,每日获取最新报告并附带专题内容辅助学习。【互联互通社区】,回复【2021量子计算技术创新与趋势展望】获取全部报告内容。 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2021-7-29
    最后回复 迅煜框 2021-7-29 08:02
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  • 【央媒看高新】90后创立中国首家量子计算公司:要做出造福百姓的...
    改革40年来,安徽省勇登创新新高地,中国第一家量子计算公司——本源量子公司就诞生于此。在展厅里,人民日报海外网“中国新发现·安徽故事”采访团看到了指甲大小的量子计算芯片和首款国产量子计算机控制系统——本源量子测控一体机,感受本源量子计算公司的“黑科技”。 集这些量子技术应用的前沿成果于一身的本源量子公司,其创始人却是一位曾经对物理不太感兴趣的90后。回顾起创业的艰难历程,孔伟成表示,合伙创建这家公司,并非受到启发,而是出于“被迫”。“我们当时已经落后于国外。我们意识到,作为科学家,如果只是单纯去做量子的科研,可能会做不到也做不好。国外已经靠成立公司来研究量子,依托大量工程师和技术团队的支持,然而我们公司在成立之初,是没有这样的大环境的。” 图为本源量子计算公司执行董事兼量子测控部总监孔伟成接受海外网记者采访。(谢明 摄) 之所以选择将公司进驻合肥高新区,孔伟成表示,合肥高新区的实力与长大速度都十分惊人,而且作为“双创示范基地”,合肥高新区秉持着“小政府、大服务”的理念,大力扶持创新型企业发展。另外,量子信息科学国家实验室、中国科学技术大学新校区都有落地合肥高新区的规划,量子产业集聚的吸引力促使孔伟成和他的团队将公司也落户于此。 “当前量子计算还是一个年轻的领域,能够造福老百姓的成果可能至少需要二十年以上的时间。只有坚持做下去才能把事情做好。当然,我们在非常努力的把能够造福老百姓的成果尽早做出来。”孔伟成充满信心。 图为我国首款量子计算机控制系统——本源量子测控一体机。(谢明 摄) 放眼全球量子研究公司,孔伟成深知重任在肩。“目前全世界有超过100家量子计算的初创公司,我们不是第一个也不会是最后一个。现在这个领域里最知名的公司都有至少5年的研发基础,甚至有的已经超过20年。” “现在的量子计算就像二十年前的人工智能,那时候人工智能只是基本概念,但是近几年开始大范围应用于医学研究、智能助手、自动导航。量子计算领域的实用化产物,可能也需要十年以上的时间。” 作为量子领域的研发人员,孔伟成和他的团队是探索者。 “我们的核心目标是研制量子计算机,这是一个遥远但可实现的目标。我们才成立了一年,踏踏实实走下去是我们的态度。五年前国际上做量子计算的可能只有1千人,现在已经超过1万人了,我们并不孤独;成为业内弄潮儿,还需要继续努力。”(海外网 梁毅) 来源:人民日报海外网 原文章作者:合肥高新发布,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2021-7-28
    最后回复 乔雅娴 2021-7-28 21:47
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  • 东京大学与ibm共同宣布:日本国内首次启用商用量子计算机
    波士顿咨询集团估计,到 2040 年,量子计算的年产值可能高达 8500 亿美元,而利用庞大的未来市场的战斗已经开始。 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2021-7-28
    最后回复 羿荏辣 2021-7-28 19:08
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  • 量子计算的昨天、今天与明天| YEF2021专题论坛特稿
    CCF青年精英大会(YEF2021)将举办专题论坛“量子计算的昨天、今天与明天”,邀请学术界、企业界知名专家针对量子计算这个当前科技界的重大热门话题进行探讨、思辨。 CCF青年精英大会(YEF2021)将于5月13-15日在沈阳举办,作为计算领域面向青年技术精英的年度行业盛会,YEF每年都针对科技、社会热点问题邀请院士等国内外顶级专家学者、企业精英作大会特邀报告,同时设有大会论坛、思想秀、科技创业秀以及涵盖多个热门领域的专题论坛,百余位学术界、产业界专家将在大会各项议程上分享前沿成果和观点,并就重要话题进行深度探讨、思辨。其中 “量子计算的昨天,今天与明天”就是本次大会针对当前科技界的重大热门话题专门举办的专题论坛。 近年来,随着传统计算机制造工艺面临着技术瓶颈,摩尔定律逐渐失效。在人们对算力与日俱增的需求下,如何寻求新的技术途径来提升计算性能成为科学界和工业界共同关注的热点话题。量子计算基于量子力学与计算机科学理论,成为了实现更高性能计算的最具潜力的计算方法。 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。 量子计算 机将有可能使得计算机的算力呈现爆炸式提升。2019年10月,Nature杂志正式发布了Google公司John Martinis团队发表的题名为“Quantum supremacy using a programmable superconducting processor”的论文。量子霸权(Quantum Supremacy)是指当计算问题规模达到一定程度时,量子计算机将会呈现出经典计算机难以企及的计算能力。 Google采用了一种随机线路的方法来验证量子霸权。该随机线路在经典计算机中用量子模拟器在世界上最快的超级计算机上需要一万年时间才能完成,而在量子计算机中只需要200秒时间就能完成。 算力的提升会为人们的日常生产、生活带来巨大的影响。例如,当高性能GPU被应用于人工智能领域,使得训练包含许多参数的深度神经网络模型成为可能。因此,Google正是基于强大的GPU算力实现了能够打败人类的AlphaGo。继而掀起了近年来的人工智能热潮。迎着人工智能的风口,一系列以人工智能技术为核心的公司拔地而起。 而当量子计算机遇到人工智能、大数据、区块链、网络安全等领域,会为这些领域带来什么样的影响,将会是一个非常值得探讨的话题。 虽然量子计算有着美好的“诗和远方”的愿景,然而,目前量子计算的发展却面临着一系列的问题。2020年9月,作为量子计算的标杆性企业,IBM发布了其未来几年的发展规划图。2023年,IBM预计推出1121位量子比特的量子芯片。有零有整的数字不得不让人们深思,IBM是否已经修炼好了“内功”,待时机成熟会突然发布爆炸性的新闻。 目前,以超导物理体系建立的量子计算机在量子比特数量上具有很大优势。2020年9月,IBM声称其已经制造出了65位量子比特的量子芯片;而以离子阱物理体系建立的量子计算机在量子比特质量上具有很大优势。2020年,IonQ声称其实现的离子阱量子计算机能够达到400万量子体积。然而,很难直接用量子比特数量或质量来直接衡量一台量子计算机。真正意义上实用的量子计算机一方面应该具有大规模的量子比特(比特数量要很多,才能满足纠错需要),一方面要有较好的相干时间以及保真度等特性。而现有的量子芯片硬件在这些方面都还存在较大的不足。 此外,与经典计算机不同,量子计算机有着截然不同的运行方式,设计并实现好用的量子算法非常困难。 总之,作为当下最具潜力的新型计算方法,量子计算技术飞速发展,一些国家甚至将量子计算技术提升到国家战略层面。2020年10月16日,中共中央政治局就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习;《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》将量子信息作为重点研究方向。 正是在此时代背景下,由CCF YOCSEF郑州发起的本次论坛,将于2021年5月15日下午13:30-17:30在沈阳新都绿城喜来登酒店举行,邀请国内外专家学者共同总结量子计算的发展历程,量子计算的发展现状以及展望量子计算未来的发展趋势。 此外,CCF YOCSEF郑州将于2021年5月14日晚在沈阳举办量子夜谈club活动,欢迎各界朋友前来一起畅谈量子计算的研究、发展、投资及未来规划。 本论坛由CCF主办,CCF YOCSEF郑州学术委员会承办。 本论坛的日程安排如下: 2021年5月15日下午13:30-17:30沈阳新都绿城喜来登酒店 13:30-13:50 单征 教授,数学工程与先进计算国家重点实验室 报告:从计算机视角看量子计算工程化 13:50-14:10 王潮 教授,上海大学 报告:量子人工智能赋能信息科学 14:10-14:30 李绿周 教授,中山大学 报告:浅谈量子算法 14:30-14:50 曹刚 教授,中国科学技术大学 报告:可扩展栅控半导体量子计算 14:50-15:10 邓东灵 助理教授,清华大学交叉信息研究院 报告:Quantum Artificial Intelligence---The recent progresses and future challenges 15:10-15:40 茶歇 15:40-16:00 郑盛根 副研究员,深圳鹏城实验室 报告:精确量子算法的优势 16:00-16:20 陈强 副教授,国家超级计算郑州中心 报告:强场量子电动力学模拟:从超级计算到量子计算 16:20-17:30 Panel环节: 1.量子计算机设计与实现面临的难点在于工程化?还是基础理论? 2.中小企业适合做量子计算吗? 3.我国实现量子计算弯道超车,哪个因素(政策、资金、人才)更加重要? 4.量子计算机应该做成通用机还是专用机? 论坛执行主席 数学工程与先进计算国家重点实验室副教授 王俊超 原文章作者:AI科技评论,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2021-7-27
    最后回复 林玟玉 2021-7-27 22:48
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  • 采访|为什么量子计算可以打破比特币和以太坊区块链
    Ishan Pandey:“创业背后”系列主持人 Johann Polecsak:QAN 平台的联合创始人兼 CTO 背景 :QAN 平台是抗量子混合区块链平台。抗量子安全是该平台的 USP(Unique Selling Proposition ) ,非常注重降低开发者社区的进入门槛,因此初创公司和企业可以尽快构建他们的概念验证 (PoC) 和最小可行产品 (MVP)加速大规模采用。 QAN通过为现有的、广泛使用和喜爱的编程语言(Rust)、DevOps 技术(Docker、Kubernetes)和云平台(如 Amazon AWS)构建集成来解决这个问题。 采访正文 : Ishan Pandey:量子计算正在开启计算机科学的新时代,它利用叠加、纠缠和干涉等量子现象为科学和工业创造了巨大的新可能性,但随之而来的是对新威胁的担忧。在您看来,量子计算对密码学有何影响,尤其是在谷歌宣布之后? Johann Polecsak:最令人担忧且已经被证明的部分是,他们将能够破解大多数非对称密码学相关的方案,包括比特币和以太坊使用的数字签名方案。简而言之,我们信任这些算法,因为增加密钥大小会以指数方式增加破解的难度。量子计算机将线性解决这个问题,这意味着将密钥大小加倍只需要双倍的量子位即可破解。由于这个原因,到目前为止我们认为安全的一切都消失了。 Ishan Pandey:你认为支撑比特币和以太坊的 SHA-256 和 X11 算法是抗量子的吗? Johann Polecsak:量子计算意味着对 SHA256 和 X11 等散列算法的威胁要小得多。问题在于,这些不是支撑比特币/以太坊或任何其他链的算法。另一方面,更多的是关于碰巧严重脆弱的签名方案。所以每个人都说“我的硬币是安全的,因为 SHA256 不受那么多影响”完全是错误的。量子计算攻击的是签名,而不是哈希,这简单地转化为“他们不会试图改变过去”。他们会窃取你当前的账户余额“。用一个简单的句子来说明这一点: 哈希(SHA256、X11 等):确保数据的完整性,确保过去完成的交易无法被替换。 数字签名(secp256k1、ed25519 等):证明签名者拥有给定公钥的私钥,因此被授权代表钱包地址执行交易。 Ishan Pandey:在您看来,量子计算会对采矿业产生什么影响?考虑到量子计算非常擅长求解数学方程是挖掘加密货币的核心。 Johann Polecsak:挖矿在很大程度上依赖于散列。根据上一段,这不是一个实际问题。问题是,另一方面,当量子计算机打破数字签名方案时,人们将能够花掉彼此的钱。结果,每个人都将永远对非抗量子区块链失去信心。因此,由于经济原因,而不是直接的技术原因,采矿变得过时了,因为没有人会开采因其他原因而损坏的硬币。 Ishan Pandey:请介绍一下第 1 层 Defi 生态系统和第 2 层扩展技术是如何工作的? Johann Policsak:Layer1 DeFi 生态系统是一个美好的开始。然而,它的问题很快就变得明显了。积极监控和/或篡改内存池的恶意行为者可以获得显着的不公平优势。像 libsubmarine.org 这样的解决方案意味着一种补救措施,但行业需要迅速采用它们,我相信这会发生。Layer2 扩展解决方案有很多方法,但最普遍的解释是交易通过另一个更快速的通道“卸载”,在那里结算,然后聚合的结算证明被加载回 Layer1。虽然这听起来(而且是!)不错,但它带来了很多权衡。高效、高吞吐量的 Layer1 依旧是黄金。Layer2 无法与之竞争。 Ishan Pandey:据报道,南非投资公司 AfriCrypt 以 36 亿美元的比特币资产骗取了投资者。像这样的事件经常阻止公众投资加密货币。因此,根据您的说法,应该在全球范围内采取哪些措施来解决加密行业中的此类欺诈行为? Johann Polecsak:首先,人们需要明白交易所不是银行。如果您无法控制您的数字签名密钥(私钥),您只需相信某人不会窃取/错误处理您的资金。这是人们(不幸的是)使用的东西,因为这是他们信任银行的方式。现在银行和加密货币交易所之间存在巨大差距,许多人不得不艰难地学习这一点。 交易所用于交换数字资产,而不是持有它们。因此,如果我必须用一句话总结:“如果您在任何交易所持有的代币数量超过了您在接下来的 5 分钟内愿意交易的数量,那么您就完全疯了”。请务必记住这一点。 Ishan Pandey:萨尔瓦多总统 Nayib Bukele 宣布,最近通过的使比特币成为法定货币的法律将于 9 月 7 日生效。您认为这是朝着大规模主流采用区块链技术迈出的一大步吗? Johann Polecsak:是的,在我看来,这是个好消息。不过,我个人不会开始实施任何非量子抗性的东西,尤其是在政府层面。进行迁移将非常困难,这在未来几年已被证明是必要的。 Ishan Pandey:韩国科技部与韩国互联网和安全局合作,打算调查区块链在在线投票中的使用。区块链在在线投票生态系统中的有效性如何? Johann Polecsak:这仅取决于将在其上实施的链的共识算法。如果是由政府运营的权威证明区块链,与目前的做法相比,这并不是一个很大的突破。如果将它实施在一个主要的去信任公共网络上,它具有巨大的意义,是向前迈出的一大步。 Ishan Pandey:加密货币生态系统正在朝着更清洁、更环保的未来发展。这将如何影响围绕比特币及其碳足迹的激烈辩论? Johann Polecsak:与其他集中式金融解决方案相比,与比特币的 PoW(工作量证明)算法相关的碳足迹并没有那么糟糕,但我从来不是那个在测试中得分很差然后指出得分更差的人来弥补的孩子它。这就是 QAN 开发称为 PoR(随机证明)的独特共识算法的原因,因为我们认为其他流行的替代 PoS(权益证明)不是解决方案,仅仅是因为您需要拥有代币才能获得更多.。这意味着通过挖矿,您可以将机器插入电源插座并获得可以在链上使用的代币。有了 PoS,你已经需要拥有可以抵押的代币来赚取更多,这意味着大多数人需要先通过一个中心化的验证点,比如交易所,这对许多人来说很麻烦,而且完全违背了去中心化的心态。QAN 的解决方案是介于两者之间的最佳选择,也是唯一明智的方法。 Ishan Pandey:到 2025 年,整个区块链技术市场预计将达到 390 亿美元。您认为区块链正在彻底改变下一代互联网吗? Johann Polecsak:如果使用得当,是的。现在情况如何,绝对不是。人们相信他们的钱交换,使用闭源钱包实现,检查公共区块链浏览器上的交易(基本上将他们自己的 IP 地址绑定到钱包地址)等。太多人仅仅因为快速致富计划和完全不知道这项惊人的新技术与我们以前见过的任何其他技术完全不同。我们是来改变这种状况的。我的目标是让基于量子计算的协议像电或水一样成为必不可少的实用工具,同时在不影响使用舒适度的情况下强制正确使用。这应该是所有去中心化项目的最大目标,而不仅仅是实现软件并希望人们努力正确使用它。 Ishan Pandey:在您看来,从区块链行业的发展来看,后疫情时代是什么样的?此外,加密行业的未来路线图是什么样的? Johann Polecsak:大流行/后大流行时代告诉我们,许多业务交易和交互可以远程执行,我们以前认为这是不可能的。区块链是一个很好的解决方案,可以从任何类型的远程交易中减少中介,减少对特定交易真正必不可少的最终参与者的任何多方协议。由于这个事实(以及许多其他方面),我相信区块链将以比我们之前预期的更快的速度彻底改变许多行业。 原文:https://hackernoon.com/why-quantum-computing-can-break-bitcoin-and-ethereum-blockchain-c61u358e ,作者 :Ishan Pandey 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2021-7-27
    最后回复 严蒙雨 2021-7-27 20:59
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  • 我国量子计算连迎两个“大消息”!潘建伟团队完成50个光子玻色...
    每经编辑:张喜威 近日,我国量子计算领域连续传来两个“大消息”。 这边厢,潘建伟9月5日刚刚透露,其带领的团队完成50个光子玻色取样,初步估算,光量子计算性能超过谷歌53比特量子计算机的100万倍;那边厢,9月12日,合肥一家公司自主研发的超导量子计算云平台正式上线。 潘建伟团队透露光量子计算最新进展 据安徽日报,中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士、西湖大学创校校董潘建伟教授9月5日在西湖大学首场公开课演讲上向公众透露光量子计算最新进展。 潘建伟 图片来源:新华社 量子力学通过百余年的发展,为解决信息科技的重大问题做好了准备。量子计算机能解决传统计算机无法解决的复杂难题,展现量子优越性。比如,量子计算的计算能力随着可操纵的量子比特数呈指数增长。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。“就在上个星期,我们刚刚完成了对50个光子的玻色取样,按照现在的初步估计和数据分析,应该能够比谷歌的‘量子优越性’大概可以快100万倍。”潘建伟透露。 与此同时,潘建伟强调,这需要进一步分析,还不能百分百保证。这些是目前正在开展的工作。 据环球时报,去年10月23日,谷歌在英国《自然》杂志上刊登论文,宣称其量子计算器已经实现了“量子霸权”(quantum supremacy)。谷歌首席执行官桑德尔·皮查伊(Sundar Pichai)发表文章,说谷歌一共花费了13年的时间来达成这一突破。 另据央视新闻去年9月报道,多家英媒披露,科技巨头谷歌(Google)一份内部研究报告显示,其研发的量子计算机成功在3分20秒时间内,完成传统计算机需1万年时间处理的问题,并声称是全球首次实现“量子霸权”。 该报告指出,谷歌研究人员架设出53量子位的量子计算机,并以“悬铃木”为代号。“悬铃木”量子计算机所进行的运算,是要证明一个随机数字生成器符合“随机”的标准。按报告所指,即使是现存最先进的传统超级计算机“Summit”,对量子电路的一个实例取样100万次,亦需时1万年处理,但“悬铃木”仅需200秒便完成运算。 实际上,除谷歌外,国际商业机器(IBM)、英特尔等不同企业均在研发量子计算机,其中IBM于9月较早前,亦成功创造出53量子位计算机,是IBM第14部量子计算机,亦是运算能力最高的一部,并计划由10月起,在网上提供53量子位计算机予客户使用。 我自主研发6比特超导量子计算云平台上线 据科技日报9月14日头版报道,9月12日,合肥本源量子计算科技有限责任公司自主研发的超导量子计算云平台正式上线,本源量子公司董事长孔伟成表示,基于本源量子自主研发的超导量子计算机——悟源将面向全球用户提供真实的量子计算服务。 据介绍,悟源是一台能够脱离实验室环境稳定运行的超导量子计算系统,也是国内率先实现工程化的量子计算机。本源量子此次发布的超导量子计算云平台搭载6比特超导量子处理器夸父KF C6-130,保真度、相干时间等各项技术指标均达到国际先进水平。 为了让用户更好地理解、使用本源超导量子计算云平台,开发出更为多样与实用的量子算法与量子程序,本源量子还推出了复杂网络排序应用、手写数字识别应用、用户偏好行为预测应用三款典型的量子计算编程应用。三款应用基于目前成熟的量子算法,由本源量子团队使用自主研发的量子编程框架QPanda与量子编程语言QRunes开发而成。 “悟源将通过本源量子云平台向用户免费提供基于6比特真实超导量子芯片的计算服务。”孔伟成说,当前量子计算机仍需要严苛的运行环境与复杂的辅助设备,这些系统造价高昂,普通用户很难接触。为了让更多的用户体验、学习、探索量子计算,国际主要的量子计算公司都开发了各自的量子云平台,使用云技术连接用户与真实的量子计算设备。 据了解,此次本源超导量子云平台的上线,是量子计算从较低技术成熟度的科学研究走向更高技术成熟度的标志,对量子计算产业的发展具有重大意义。本源量子已在研发下一代24比特超导量子芯片与量子计算机控制系统,预计在明年底推出60比特的悟源超导量子计算机。 每日经济新闻综合安徽日报、科技日报、环球时报等 每日经济新闻 原文章作者:每日经济新闻,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2021-7-27
    最后回复 咸玉环 2021-7-27 15:56
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  • 专访腾讯量子计算负责人张胜誉:距离商业落地,量子计算还有很长路...
    智东西(公众号:zhidxcom) 文 | 季瑜生 智东西最新消息,从5月21至23日,首届腾讯全球数字生态大会在云南昆明滇池国际会展中心召开。 在今日下午的量子计算论坛上,腾讯量子实验室负责人、腾讯杰出科学家张胜誉教授首次公布了腾讯在量子计算领域的业务布局,并展示了腾讯量子计算在量子AI、药物研发及科学计算平台上的最新研发成果和规划。 而在前一天的下午,张胜誉还接受了包括智东西在内的少数几家媒体的专访,详细讲解了他对于量子计算未来发展的看法,以及在技术实践中的经验总结。 在他看来,量子计算距离真正落地还有很长一段路要走,而关于人才培养,张胜誉表示,当前量子计算领域人才储备紧俏,长远来看培养人才可能比争夺人才更有利于行业的发展。 一、腾讯量子计算的三大进展 专访一开始,张胜誉就向我们介绍了当前腾讯量子计算实验室在量子AI、药物研发及科学计算平台这三大目前主攻的领域中所取得的重要进展。 1、量子AI,研究初获成效,但业界目前尚无值得信服的案例出来 量子AI的发展,这是腾讯量子计算研发中最偏理论的一部分。在张胜誉看来“量子AI将来会有很广阔的应用前景,这里面包含的内容很可能不是我们现在能想象到的。” 不过他也坦言,在实际落地方面还并没有一个非常能够让人信服的案例出来,来让整个产业都共同投入其中。 具体来说,当前的量子落地主要有偏金融、偏空气动力等多个方向的研究,里面“用到的技术某种程度上也是量子AI,但是更偏量子做优化的算法。但是不管用什么方式,目前还没有展示出一个全世界公认的超过经典超级计算机的例子。” 不过在理论层面,腾讯量子实验室对量子神经网络的研究已经取得了初步的进展。实验室对这个领域已有重要工作进行了系统梳理,完成综述报告并刊发在National Science Review上,此外,腾讯量子计算实验室还与外部科学家Iordanis Kerenidis合作,针对神经网络中最基本的前馈网络,研发了第一个有可证明的量子加速算法。将经典算法中与网络连接数成正比的复杂度,提高至与网络节点数成正比的量子算法复杂度。 据了解,这是一个“平方级”的效率提升,对人脑这一“终极神经网络”,该算法效率的提升是7000倍。同时,该算法对量子计算机的精确度要求不高,适合作为中短期量子计算机的应用方向。 2、药物研发领域已取得初步进展,将打造量子化学生态 关于量子计算用于药物研发,张胜誉表示,当前腾讯在探寻与药企合作的模式。 而关于这一领域的应用,张胜誉表示加速新药研发不只给药企带来巨大利润,而且可以帮助挽救千万生命。从这个角度看,这已经“不止是科技向善的问题,而是科技救命的问题。” 根据对制药企业的调研,腾讯量子实验室已经在小分子药物发现流程中引入了AI模型,用量子性质的计算和判别、生成与强化学习的机器学习模型,将学术界和传统制药企业有效连接,帮助传统药物研发流程升级,提高药物研发效率。 此外,腾讯量子实验室联合加拿大Vector Institute of Artificial Intelligence,公开自研的分子量子性质数据集,发起Tencent Alchemy 2019竞赛,关注算法的泛化性能,推动学术界与产业界聚焦化学中分子的量子性质问题,及其AI解决方案。 通过这一竞赛,腾讯量子实验室希望吸引更多的年轻人与上中下游合作伙伴加入量子计算和AI的研发的队伍中,将产业从无到有,从小到大的做起来。 而谈及当前量子计算在药物研发领域面临的困境,张胜誉也坦言这是一件非常复杂的事情,不仅同时涉及到量子计算机与生物化学两大领域,而且在相关领域的研究上也有很多东西是真空的。 其中比较值得一提的就是研究环境与真实环境的巨大差异,有时候在静态普通液体中模拟出来结果和到了真正的动态人体环境中可能就会出现变数。 而投身量子计算+药物研发又是一件双重行业壁垒都很深的方向,即使是腾讯有时候在寻找合作伙伴的时候也会碰壁,因为一方面对于未来的可能大家都没有保证,另一方面做这一件事所需要投入的人力成本与科研成本也非常之大。因此一般来说也只有规模非常大的巨头企业以及垂直领域的初创公司才能满足上述要求。但是他也表示,即使困难重重,也值得去尝试,因为这确实是一个从科研和商业应用都非常重要的问题。 3、Simhub平台发布,搭建云端的科学计算生态 关于将量子技术结合云平台,张胜誉表示在这一领域腾讯已经有了很久的积淀以及资源储备。 首先是相关领域的开源软件基础。在最开始的时候,业界广泛面临计算分子的量子进程计算软件收费昂贵的难题,而在当前腾讯的量子实验室内部,有一位专家早在七年前就已经开始设计一款免费的开源软件,并与很多业界人士达成了常年的交流。 与此同时,在过去几十年中行业一直面临着这样的困境,那就是材料领域的科学计算大部分是运用超级计算机来做,这也就带来了很高的成本问题. 如果自建超算首先是成本非常高昂,其次不能保证不同部门之间的共享。此外,还有一个很严肃的问题就是超算搭建完成后,常常会出现使用频率稀疏,造成很大的成本浪费,搭建的机器又有很大的淘汰成本,非IT人士运用超算的学习成本等。而云计算在这些方面有天然的优势。 基于这一契机以及腾讯近年来对于云计算的重视,张胜誉团队决定着手研发一个云平台从而将开源生态贯彻到底。在他看来这不仅是一个将研究门槛大幅降低的举措,同时也将材料计算的设备成本大大降低。 基于这样的考量,腾讯量子实验室发布了 Simhub 云计算平台规划。 据介绍,Simhub 云平台是开发者和用户开放交流的中心。在Simhub 云平台上,开发者提供算法和程序,一键发布后获得直接反馈。Simhub 云平台帮助开发者与计算用户实时线上合作,获得算法的真实使用效果。 同时,Simhub 云平台还具有运行环境一致,易于调试 bug,易于商业化的优势。而对计算用户来说,在Simhub 云平台上,能提出问题,搜索解决方案。而且能与开发者实时线上合作,获得直接技术支持。按需购买服务,无需调试,一键部署。还能发现类似用户的诉求讨论。 当前,Simhub 云计算平台的工作流程集测试、计算、发布于一体,极大地提高了生态合作伙伴的协作效率。 未来,Simhub云平台将应用于药物研发的云上服务、量子化学计算、分子模拟以及AI 模型开发。此外,Simhub云平台还将推动算法传播,促进科研合作,制定云端科学计算标准,以降低科学计算上云的门槛,立足化学,建立云端的科学计算生态。 二、从学界到业界,张胜誉的量子计算转身 作为原香港中文大学副教授、姚期智在普林斯顿大学的“关门弟子”,张胜誉在香港中文大学的任教期间的研究方向包括量子计算,算法设计和计算复杂性分析,以及人工智能基础研究几大领域。 如今从学界投身业界,投身腾讯的量子实验室成为腾讯在该领域的带头人,张胜誉的团队也在国内的企业界的量子计算研究中处于顶级水平。 之所以选择转身业界,张胜誉对智东西表示,其实学界与业界并无优劣之分,学术界更自由,业界更务实,大家分别各有利弊。 在他看来,身处学界的自由主要体现在研究方向上的选择上,“比如说前段时间我看AlphaGo出来之后,我有兴趣转AI,校长、院长并没有干涉我,我愿意6个月不发文章,这是我的自由”更重要的是在学界“可以对你不感兴趣的课题完全不理。因为学术界一般是喜欢走专走深”。 相对来说,业界的要求就会更全面,在关注点的选择上不能像在学界那样“任性”。 此外,学界对于实用主义的研究并没有那么重视,比较天马行空,也正是由于这种低禁忌与低实用主义,才带来了很多天马行空的成果以及技术变革。 而业界则相对比较务实,成果一般也相对真实可感,与此同时也在真真切切的推动者一些基础技术的研究与进步。 而对于之所以选择腾讯,张胜誉表示腾讯内部对于量子计算的关注以及战略性眼光,这是让他十分感动的一点。 一般来说,很少有公司愿意去研究5年甚至是50年之后才能用到的技术,但是腾讯明显正在向这些领域越来越多的发力。 与此同时,以汤道生为代表的一众腾讯核心高管也对这一领域十分关注。 张胜誉表示,与汤道生的沟通一般都很容易。在他看来,汤道生“非常聪明,非常愿意帮助人。而且他是一个对技术很痴迷的人,不仅关注团队未来的发展,传授各方面经验,需要的时候也能帮助分析和协调资源。” 有时候实验室在调用一些云计算资源的时候,云计算部门直接给予了资源支持进行初期尝试,给部门带来很多益处。 三、量子计算人才紧俏,但培养人才比挖掘人才更重要 在专访中,谈起腾讯的量子计算人才格局,张胜誉表示尽管具体的数量目前还不方便透露,但是腾讯量子实验室的规模当前还在持续的扩招中,很多同事都是国际知名高校毕业的人才。 此外人才的方向是十分多元化,不仅涵盖了算法本身,其他方向比如计算机、物理、化学、数学、电子工程等领域的人才也包括在内。不过实验室中当前多数都是有五到七年量子计算经验的博士。 与此同时,量子计算作为当前各大科技巨头都在重点关注的领域,当前不仅面临着未来发展方向的不确定性,人才的招聘也面临着一定的竞争。 张胜誉表示,这也给腾讯在招聘量子相关的人才的时候,带来一定的压力,但是他希望也相信严肃做量子的企业慢慢的会在一个良性的竞争中都向上走,然后在不同细分方向上各自具有优势。 最后,“从长远来看,比如往后看5年,一定是培养人才比争夺人才更重要的事情。我们比较看中的一个是年轻有才的人要培养,再一个是非量子领域但有技术能力和热情的人也很值得培养。” 四、量子计算真正落地商业,道阻且长 尽管在量子计算领域,腾讯已经取得了一定的成果,但是总的来看,张胜誉认为量子计算是一个长远的事情,即使投了钱,不见得就有马上看得到的商业回报。 以药物研发为例,张胜誉团队发现这其中其实存在不少几乎难以克服的障碍。同时,药物领域的数据敏感性非常之高,数据的统一性整洁性又很不理想,因此挑战很多。 而对于量子计算是否会在某个时刻迎来像AI的“AlphaGo时刻”在公众面前大放异彩。张胜誉认为,未来一定会有这样一个转折点,但路途上有很多困难需要大家一起克服。 “发展基础科学是一个长期的过程,不可能一蹴而就。” 张胜誉还提倡,在这一领域特别希望能够增强产业界与学术界的合作,把一线从业者和中青年学者集中起来,以多样的形式促进交流,互通有无。“量子计算需要大家一起努力,这一定是一个全人类共同奋斗的事情,不能自我封闭。大家应该保持开放的姿态,而腾讯量子实验室愿秉承腾讯开放连接,合作共赢的精神,为大家提供一个有长期共生价值的生态系统。” 结语:量子计算,从实验室到应用还有很长的路要走 在AI浪潮之后,全球的科技企业似乎紧接着就陷入了一场量子计算发展的较量之中,无论是国外的谷歌、微软、IBM,还是国内的几家企业都已经紧锣密鼓的开启了相关的布局。 通过将量子计算与AI、密码破解以及药物研发的结合并落地,将会给理论研究以及业界带来巨大的助推,正如张胜誉所言,量子计算的大跨步发展不仅将助推基础科学的发展,还有望帮助产业进步。 但是放眼当前,我们也需要承认,量子计算距离真正的商业落地还有一大段路要走,这中间不仅需要在高校之中进行纯理论的推进,另外也需要以谷歌,IBM,微软、腾讯、阿里等为代表的一众企业的努力,同时也需要诸如药明康德等垂直行业的密切配合,而技术的进步也势必为我们带来更多意料之外的想象空间。 原文章作者:智东西,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2021-7-27
    最后回复 当诠忆 2021-7-27 11:22
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  • WAIC 2021 | 百度量子计算段润尧:从理论到实践谈量子人工智能
    机器之心报道 机器之心编辑部 在 WAIC 2021 AI 开发者论坛上,百度研究院量子计算研究所所长段润尧发表主题演讲《量子人工智能:从理论到实践》。在演讲中,段润尧讲述了量子计算的理论基础,对量子人工智能的发展现状和发展趋势进行了探讨和展望,并介绍了百度在量子人工智能方向的理论与实践探索和所取得的成果。 以下为段润尧在 WAIC 2021 AI 开发者论坛上的演讲内容,机器之心进行了不改变原意的编辑、整理: 各位亲爱的开发者朋友,大家下午好!今天非常高兴有这个机会和大家相会在上海,一起聊聊量子人工智能。这个领域听起来好像很玄妙,但其实已经发展了很长时间。今天,我希望为大家介绍量子人工智能基本理论背后的一些思考和应用实践。 让我们从熟悉的地方开始讲起。 「一尺之棰,日取其半,万世不竭。」这样一件简单的事情,不仅体现了惠子和庄子的辩论,也体现了智能。这是逻辑学上的辩论:如何以难以辩驳的论据驳倒对方? 我提起这个例子,很大程度上是因为想到了数学里的极限。这句话其实表示了极限为零的过程,和计算机二进制是有关系的。如果把一个小木棍二等分,然后取一个小段再二等分,之后一直重复这个过程;仔细观察你会发现,实际上这就是二进制的表示。继续往下推演,你会发现木棍形状可以是不规则的,这时就会变成微积分的切割,变成了如何把一个立体的东西切成两块的问题。之后可能还会考虑怎么切得公平、快速、精确,这时候开始有工程学、算法优化的东西出现。当然,你也可以选择用这个想法搞个切棰子的游戏…… 所以说,这句话会带来非常丰富的想象。 但当这个东西切到切无可切的时候,这个东西还存在吗?答案是存在。那它遵循什么规律呢?古代的人只能去辩论,而现代人则会思考关于量子的事情。 我有一个不成熟的意见,那就是「切一棰而知天下」。“切一棰”里面蕴含了智能、人工以及量子。 现代的人对于事情的认知,已经远远不止刚才所讲的辩论;实际上,人们已经能够从最根本的层面认知世界。在上个世纪,我们可以看到伟大的物理学家、量子先驱们的不懈努力:1900 年普朗克发现能量需要量子化,爱因斯坦提出光量子,波尔提出氢原子轨道离散化。再接着,德布罗意提出波粒二象性,海森堡、薛定谔建立了微观世界的物质必须遵循的物理规律,狄拉克将量子力学与狭义相对论统一起来。这些成就使人们不仅仅只是在哲学的层面争论世界本源的问题,而是用物理学的方法非常严格地研究这些问题。 后来,冯诺伊曼和希尔伯特把整个物理学规律给公理化了。量子物理学被公理化以后,量子物理学不再局限于物理学家进行研究;其他领域的科学家以及各个行业的人都可以去研究。实际上,虽然量子力学听起来很玄妙,但是利用精确的数学就可以概括描述它。大学里《线性代数》的知识就可以用来刻画量子力学四条公理。这也是为什么今天我们能够在这里进行讨论,而不是像古人那样只限于辩论。 今天我们能够聚在这里共同探讨,还应该感谢图灵。图灵在二十几岁时提出「什么样的问题是可计算的?」并建立精确的数学模型用于回答这个问题。 “根据我的定义,一个数是可计算的仅当其十进制展开可以被一台机器所写出”——这个研究奠定了现代计算机的理论模型。之后图灵又提出另外一个问题:「机器能思考吗?」图灵认为机器也可以有所谓的智能,也会有独特的思考方式。所以,业界普遍认为图灵是人工智能的创始人。 量子和计算,这两个东西结合在一起会出现什么?历史证明,量子力学产生了巨大的革命效应。芯片、激光、原子弹、晶体管、核磁共振等等技术都是依据量子力学原理开发的。 现在,我们把量子和计算理论再次结合在一起,形成新的理论——量子计算。这个理论可以帮助我们去操控量子系统。以前对于材料的研究中,我们首先用量子力学原理去确立材料的性质,然后预测材料的结构;现在我们已经不再满足于这一步。我们希望技术能够针对单个量子系统,用量子力学规律预测出完整的性质,进而完成信息处理任务。这个事情为什么有意义?因为在量子世界里有非常多特性,比如叠加态、纠缠态等;这些特性可以使计算机拥有更强大的信息处理能力。 为什么我们需要量子计算?下面我将从三个方面阐述量子计算出现的必然性。 第一个是逻辑上的必然性。经典逻辑为什么要去关心量子逻辑?因为在经典逻辑层面已经不可避免要面对量子问题。 这个问题是什么?举个例子,考虑经典逻辑中的 “与或非” 操作。「非」就是输入 0 输出 1,输入 1 输出 0 的操作。我们可以把这个操作看成一个黑盒,这个黑盒的作用是不可分割的;这个操作本身也是物理过程。 兰道尔说过“信息的处理都是物理过程”,而只要是物理过程都遵循这个规律。因此,我们可以把看似不可分割的过程看成多个物理过程组合在一起,这时要求两个物理可实现操作的组合和逻辑「非」门等效。最后,你会发现没有任何一个经典逻辑操作能满足这个关系。 我们要解决这样一个困局:物理理论中存在,但经典逻辑中找不到,怎么办?这时需要引入矩阵思维去思考这个问题。引入虚数的概念,这个操作就是一个量子逻辑门的操作。其实,这个 R 是个量子逻辑门,它在物理理论中存在,但是不能被经典逻辑表达,那么它必须由量子逻辑才能刻画。 第二个是技术上的必然性。芯片的尺寸越来越小,现在已经小到一纳米,电子隧穿效应会越来越明显。在这种微观层面,已经没有办法延续经典摩尔定律。所以,我们必须考虑量子效应。另外,耗电量大的问题也必须要考虑,应用量子方法是一个解决的办法。 第三个是应用上的必然性。我们知道,生病了就要吃药,药是大分子,我们可以做一些化学反应去研究新药物。这时化学性质的模拟变得很重要。费曼发现,如果用经典计算机去模拟量子系统,通常需要消耗指数级别的时间,效率非常低下。打个比方,一个拥有 50 个量子比特的系统,记录该系统状态信息所需要的存储量是现在所有存储量的数倍。所以,只能考虑用量子模型去模拟。量子模型几乎可以模拟自然界中所有物质的演化过程。 接下来看一下量子计算技术的发展趋势。在过去几十年中,量子计算技术进展非常快。2001 年我刚进入这个领域,那个时候还没有能够造出一两个量子比特的操作;现在,我们已经能够制造一百个量子比特规模的量子计算机,科学家们也展示了量子计算的各种优势。 从这个意义层面来说,量子是我们在后摩尔时代的必由之路。我们可以用量子保护隐私,作为 AI 发展的突破口;研究更强大算力的算法需要量子;最终,我们希望得到一个可以完全超越经典的解决方案的全新量子解决方案。 需要强调的是,量子计算已上升为国家战略,量子科技的发展战略谋划和系统布局已经变成非常重要的方向。《“十四五”规划和 2035 远景目标纲要》中提出,要把量子信息作为三架马车之一。从海外来看,许多国家已经在量子计算方面有很大投入。另一方面,量子计算市场未来可期。从图中可以看出,根据综合信息得出来的预测显示,量子计算市场基本是呈指数增长趋势。 量子计算的应用方面主要是密码安全、人工智能、量子化学和材料模拟,可以搜索到很多相关的新闻报道。 量子计算和人工智能正在深度融合。很多大家很熟悉的人工智能业务,比如计算机视觉、自然语言处理、语音、自动驾驶,这些业务往往需要好的算法、深度学习框架。量子人工智能应运而生,在算法、框架和硬件三个层面起到节约资源和加速的效果。 量子人工智能的近期目标是什么?当前,我们只有中等规模量子硬件,还没有大规模量子硬件;我们还有一些近期量子算法能够有指数的加速。今后五到十年期间,量子人工智能领域最大任务是研制出比传统技术更好的量子计算方法,进而落地应用。 百度做的事情 最后,我很荣幸向大家介绍一下百度在量子计算方面做了什么。量子计算这样一个革命时代即将来临,作为一家企业,应该如何应对这样的挑战?百度做的事情非常简单:搭建储备技术人才软件平台、开发新业务,并把我们开发的技术提供给所有开发者、合作伙伴使用。 编者注:2018 年 3 月 8 日,百度成立量子计算研究所,段润尧博士成为研究所所长。研究所以实现 “百度量子,量子百度” 为使命,以 “人人皆可量子” 为愿景,致力于广泛开展量子技术储备、量子人才培养以及新量子业务探索,建成世界一流的量子人工智能研究机构,从而做好迎接量子计算时代的准备。为此,段润尧博士制订了 QAAA 战略规划:聚焦量子算法(Quantum Algorithm)、量子人工智能(Quantum AI)和量子架构(Quantum Architecture)三个核心方向,并在研发过程中不断利用量子计算赋能百度核心技术,持续将相关量子科技整合到百度的核心业务之中,积极探索量子科技创新业务。 在量子算法方向,百度希望针对具体任务设计高效的量子算法,将经典算法设计及分析理论推广到量子情形,优化现有量子经典算法,确定现有算法的可行性与局限性,聚焦于量子搜索、量子模拟、量子安全计算等应用;在量子人工智能方向,百度希望利用量子计算的信息处理优势促进人工智能的发展,同时利用现有的人工智能技术突破量子计算发展瓶颈,聚焦机器学习、信息安全、区块链等技术研发;在量子架构方向,百度希望提供量子基础架构综合服平台,用于支撑量子人工智能和量子算法的物理设备实现,聚焦量子硬件接口、分布式量子信息处理、统一编程平台、量子网络与因特网、量子和后量子密码等研究领域。 围绕 QAAA 规划,百度已建成了以量脉、量桨、量易伏三大项目为主体的百度量子平台(Baidu Quantum Platform),旨在提供全面的量子基础设施即服务 QaaS(Quantum Infrastructure as a Service),追逐 “人人皆可量子” 的愿景。百度量子平台提供了连接顶层解决方案和底层硬件基础所需的大量软件工具以及接口,百度希望这一平台扮演量子计算时代操作系统的角色。开发者和合作伙伴可以通过这一平台实现量子计算对行业的赋能,不再需要针对性接触和学习复杂的量子软硬件。通过打造量脉、量桨、量易伏三项国内领先的量子计算科技成果,百度已成为量子计算领域的先行者。 现阶段百度主要聚集在算法、量子人工智能和架构这三块领域。作为成果,我们已经推出的百度量子平台,就是围绕这三个方面。比如量桨是人工智能和深度学习的连接桥梁;量脉是量子控制的云平台;最重要的是量易伏,该平台可以帮助开发者朋友更加便捷的使用量子计算资源。 很高兴向大家重磅推出百度量子全景图,从算法设计到量子环境部署再到到量子软硬件接口,已经有一整套系统的框架。刚才说的量脉、量桨、量易伏在其中扮演着很重要的角色。 编者注:量脉(Quanlse)是脉冲级别量子控制云平台,通过云计算为量子控制提供专业与高效的解决方案,提供了高效的量子软硬件接口,为近期量子应用的实现提供了有力保障。量脉最新升级至 2.0 版本,重点研发了多量子比特含噪模拟器,用于仿真超导量子芯片,新增误差表征和噪声缓释模块助力提升量子计算精度,成为了同时支持超导电路、离子阱、核磁共振三类量子硬件的量子控制平台。 量桨(Paddle Quantum)是量子机器学习工具集,可加速人工智能技术与量子计算的深度融合,进而有望促进量子化学模拟、新药研发、金融等领域的突破进展。量桨最新升级至 2.1 版本,运行效率平均提升 20%,通过前沿的量子神经网络、LOCCNet、量子核方法、含噪量子电路模拟等模块,开发者们可以在量桨上便捷地进行人工智能、组合优化、量子化学方面的量子应用研发。 量易伏(量子易于降伏,Quantum Leaf)作为国内首个云原生量子计算平台,是从应用到真机的一站式量子计算平台,结合原生云计算和量子计算优势,承载量子计算需求和出口,是开启量子计算时代的钥匙。最近,量易伏重磅升级至 2.0 版本,成为国内首个接入量子计算真机的云原生量子计算平台,提供从应用到真机的一站式量子计算服务。量易伏通过接入中科院物理研究所的超导量子比特芯片,以及诸如混合语言支持、QCompute SDK(量子软件开发工具集)、云上量子 IDE(集成开发环境)、自动化模块工作流等技术,带来了真正企业级的量子计算开发环境,进一步彰显百度量子生态软硬实力和构建生态上下游能力,使得人人皆可使用到量子计算的能力。 量易伏是国内首个云原生量子计算平台。教育科研、人工智能应用、化工医药等领域都可以通过该平台编写程序。量易伏可以把外部信息转换成量子硬件可接受的指令;同时还会提供各式各样的编程方式。开发者朋友可以在线编程,可以用经典和量子混杂的方式编程。该平台适合所有开发者。 最近我们和中科院物理所一起合作,实现了量易伏和他们的量子芯片的对接。所有开发者都可以利用量易伏平台,在他们的量子芯片上运行量子程序。 光说不练假把式,我们非常欢迎大家可以自己尝试一下。举个例子,我们用量易伏写了一个程序,这个程序可以用来计算化学分子,也可以用量易伏设计量子神经网络,然后通过量易伏传到物理的真机上,最后通过来回调用真机,计算出小分子基态的能量。目前计算出的结果和理论值还有一点偏差,相信经过后续不断改进,偏差会逐渐缩小。 这个事情意义何在?我们想象一下,如果是以前,想知道一个分子的基态度会怎么做?一定是到实验室做各类实验,收集各种数据,之后用经典计算机处理大量数据,勉勉强强建立一个模型,然后再去分析、最后才得到结果;而现在,程序员朋友只要在自己电脑上敲几下代码,发个指令就可以算出来。这是革命性的计算方式,这是最激动人心的地方。我们后面也会持续推出新的量子计算平台,希望大家关注。 最后和大家介绍一下百度量子生态。百度量子生态是非常开放的生态,我们希望百度量子生态能够可持续地发展,秉承给开发者朋友、用户、客户提供服务永远至上的准则。我们希望和硬件供应商合作,在硬件方面第一时间进行测试合作互联,最后达到共赢;也希望和科研院所以各种方式开展科研合作。同时我们也在持续支持相关的国际会议,如 QIP 等。我们还有像 Artur Ekert 这样的顶级顾问,Artur 是量子密码的共同发明人,也是量子计算的先驱。通过这样的方式,我们由衷希望通过百度量子生态和大家一起共同发展。 展望 最后展望一下量子科技之星。量子科技其实挑战很大,我们应该如何应对?在我看来,科学研究方面需要系统布局,而量子科技人才队伍的培养势在必行。具有交叉学科的背景知识的人才,这是目前最缺的。在应用方面,量子会使云计算和 AI 变得更加有活力,还能够促进产业升级。 结语 我相信对每一个企业都面临这样的问题:如何在量子时代做好准备,如何开发新的东西? 清朝末年有一个小说很有名,讲的是女性怎么通过努力争取权利的,这本书叫《黄绣球》。小说里有句话就是「前人栽树,后人乘凉」。所以在这里,我放了一张树的照片:这是一棵九千多岁的树,它的年龄是用量子方法测出来的。巴菲特说过「之所以现在我们可以在树底下乘凉,是因为很久以前有人在这种了一棵树」。我觉得人人皆可量子,而现在正是种量子树的黄金季节。百度希望和大家携手,一起推进量子领域的发展。谢谢大家! 原文章作者:机器之心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2021-7-26
    最后回复 益诣咀 2021-7-26 23:31
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  • 量子计算突破重大瓶颈!国内竟无人关注?
    近期,谷歌与霍尼韦尔两家科技巨头相继公布了各自在量子纠错领域的最新进展,为大规模容错量子计算机的开发铺平了道路。实用化量子计算机的发展可能远超人们预期。 不同于“量子霸权”自带冲击力与话题性,“量子纠错”显得冷僻且微不足道。但对于构建实用化量子计算机来说,“量子纠错”带来的算力提升远远超过象征意义大于实际价值的“量子霸权”。 超导、离子阱,两大技术路线均实现量子纠错 7月14日,《自然》杂志发表的一篇论文Exponential suppression of bit or phase errors with cyclic error correction报道,谷歌公司设计的量子处理器“悬铃木”(Sycamore)的纠错能力成功提升了100多倍。这些结果表明量子纠错可以成功将错误率控制在一定范围内。虽然这个错误率还没达到实现量子计算机潜力的阈值,但研究结果表明,悬铃木架构或已逼近这一阈值。 Sycamore量子处理器。图片来源:GOOGLE 相隔两天,在另一条技术路线上,霍尼韦尔也宣称实现了业界首次实时的量子纠错。7月16日,霍尼韦尔在一篇arXiv预印论文中介绍了在其H1 量子计算机上实现的纠错技术,研究人员创建了单个逻辑量子比特(一系列纠缠的物理量子比特)并应用多轮量子纠错,防止了该逻辑比特发生的比特翻转和相位翻转错误。 霍尼韦尔离子阱量子计算系统。图片来源:霍尼韦尔 什么是纠错?从经典纠错到量子纠错 其实在经典计算机时代,也有着纠错的需求。早期计算机中的比特由真空管或机械继电器(开关)组成,他们有时候会毫无征兆地发生反转。为了克服这个问题,著名数学家冯·诺伊曼(John von Neumann)开了纠错之先河。冯·诺伊曼假设一个计算机对每个比特做了三份拷贝,那么即便其中一个翻转了,多数比特依旧保持着正确值。计算机可以通过对这几个比特做两两比对来找到并修正错误比特,这种方法被称为奇偶校验。比如说,如果第一个和第三个比特相同,但第一个和第二个、第二个和第三个都不同,那么最有可能第二个比特翻转了,于是计算机就把它再翻回来。更大的冗余意味着更大的纠错能力。有趣的是,现代大规模集成电路芯片,也就是现代计算机用来编码其比特的器件竟如此可靠,以至于经典计算机中的纠错并不常见。 经典纠错示意。图片来源:sciencemag.org 但在量子计算系统中,量子计算的核心计算单元——量子比特强大又脆弱,环境中哪怕极其微弱的扰动都会使其发生错误,从而失去计算能力。量子计算公司Rigetti的联合创始人Chad Rigetti表示,如果无法解决量子比特容易出错的问题,那么耗资数亿元建设的量子计算机不过是一台随机噪声发生器。纠正这些错误成为科学家们构建实用化量子计算的必经之路。 量子计算机内部结构。图片来源:本源量子 量子纠错,量子计算的质变时刻 去年7月,在人类首次实现“量子霸权”的一年后,《科学》杂志官网上发表的文章The biggest flipping challenge in quantum computing介绍,量子纠错将是量子计算走向实用化落地的下一个超级大挑战。短短一年后,谷歌与霍尼韦尔就相继公布了各自在量子纠错领域的技术突破,关键技术的突破速度之快令世人震惊。 本源悟源超导量子计算机。图片来源:本源量子 谷歌的研究人员在其工作中运行了两种量子纠错码:一种是最多由21个量子比特组成的一维链重复码,用来测试错误抑制能力;另一种是由7个量子比特组成的二维表面码,作为与更大码的设置相容性的原理验证实验。作者的研究表明,将重复码基于的量子比特数量从5个提高到21个,对逻辑错误的抑制实现了最多100倍的指数增长。这种错误抑制能力在50次纠错实验中均表现稳定。 谷歌量子计算机。图片来源:GOOGLE 霍尼韦尔的研究人员利用霍尼韦尔的离子阱量子电荷耦合器(QCCD)量子计算机中的10个物理量子比特,对单个逻辑量子比特进行编码、控制和反复纠错。同时满足了实时、检测错误和纠正错误三个条件。 这两项成果为精确的量子计算铺平了道路,也是超导与离子阱量子计算技术迈向大规模容错量子计算的里程碑。 霍尼韦尔量子计算系统。图片来源:霍尼韦尔 谷歌与霍尼韦尔在量子纠错技术上的进展并未在中文科技圈掀起多大风浪,但这一技术所带来的实际影响远超象征意义为主的“量子霸权”,大规模容错量子计算或将在量子纠错技术突破的加持下快速实现。我国的量子计算政策制定者、研究者与从业者也应准确把握这一技术方向,避免踏空风险。未来已来,量子计算所带来的风险、机遇和技术红利也即将爆发。 参考资料: https://mp.weixin.qq.com/s/IAfsTknNap1qD-BkoMB0Sw https://www.sciencemag.org/news/2020/07/biggest-flipping-challenge-quantum-computing https://www.nature.com/articles/s41586-021-03588-y https://www.honeywell.com/us/en/news/2021/07/quantum-milestone-we-can-now-detect-and-correct-quantum-errors-in-real-time 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2021-7-26
    最后回复 应云亭 2021-7-26 23:25
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  • 重大量子计算里程碑,霍尼韦尔证明可实时检测和纠正量子错误
    霍尼韦尔证明了量子计算机能够实时纠正错误,为精确的量子计算铺平道路, 这是证明大规模量子计算在离子阱量子计算技术上的可行性的关键里程碑。 1、关键里程碑 由于量子计算机是极其敏感的设备,环境中的微小变化(从热量到宇宙射线)都会影响它们的计算并产生错误。霍尼韦尔量子解决方案总裁 Tony Uttley 表示,实时纠正这些错误是向前迈出的重要一步。 霍尼韦尔在公司声明中写道,量子纠错 (QEC) 协议对于在量子计算机上实时检测和纠正错误是必要的。目前,大多数量子纠错方法都涉及在程序运行完成后纠正错误或“噪音”,这种技术称为后处理。 “当今所有的量子技术都处于早期阶段,它们必须与计算过程中积累的错误作斗争,”Uttley 说。“霍尼韦尔团队取得的成就是开创性的。它证明了曾经只是理论上的事情,即量子计算机将能够实时纠正错误,为精确的量子计算铺平道路。” 该团队近日在arXiv上发布了他们的结果。在论文中,研究人员描述了他们如何创建单个逻辑量子比特(一系列纠缠的物理量子比特)并应用多轮量子纠错。这个逻辑量子比特可以防止量子计算机中发生的两种主要类型的错误:位翻转和相位翻转。 图 | 纠错实验示意图 这种防止量子计算被缺陷和噪声迅速破坏的“保护”量子信息的能力,在霍尼韦尔量子计算机 H1上已经得到了证明。 2、逻辑量子比特 合乎逻辑的量子比特量子计算机并不是没有噪音的完美量子计算机,纠错技术是作为处理量子计算中噪音的一种方法而发展起来的。过去,包括Peter Shor、Robert Calberbank和Andrew Steane在内的科学家发现,将信息存储在纠缠的量子比特的集合中,可以帮助检测和纠正错误,而不会破坏量子信息。 这些纠缠的量子比特通常被称为逻辑量子比特。 3、下一步计划 据霍尼韦尔称,此举是迈向大规模离子阱量子计算机的一大步,但仍有很多工作要做。因为创建逻辑量子比特和应用量子纠错码也会给系统增加噪音,研究人员现在正在努力跨越逻辑错误率小于物理错误率的盈亏平衡点。 “在这篇技术论文中,我们指出了我们需要做出的关键改进,才能到达盈亏平衡点,”该论文的主要作者、高级物理学家 Ciaran Ryan-Anderson 博士说。“我们相信这些改进是可行的,并正在推动完成下一步工作。” 在此之后,研究人员将致力于制造多个逻辑量子比特,这通常需要更好的保真度、更多的物理量子比特和量子比特之间更好的连接。换句话说,这个问题要棘手得多。但最终目标是创造一个容错量子计算机的新时代。 近日,霍尼韦尔和 Cambridge Quantum Computing 宣布成立一家合资企业,两家公司报告称,此举将缔造世界上最大的量子公司。 #科技快讯##科技圈今日大事件##计算机##美国#@量子客 原文章作者:量子客,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2021-7-26
    最后回复 兑笞 2021-7-26 21:55
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  • waic2021|百度量子计算段润尧:从理论到实践谈量子人工智能
    机器之心报道 机器之心编辑部 在 WAIC 2021 AI 开发者论坛上,百度研究院量子计算研究所所长段润尧发表主题演讲《量子人工智能:从理论到实践》。在演讲中,段润尧讲述了量子计算的理论基础,对量子人工智能的发展现状和发展趋势进行了探讨和展望,并介绍了百度在量子人工智能方向的理论与实践探索和所取得的成果。 以下为段润尧在 WAIC 2021 AI 开发者论坛上的演讲内容,机器之心进行了不改变原意的编辑、整理: 各位亲爱的开发者朋友,大家下午好!今天非常高兴有这个机会和大家相会在上海,一起聊聊量子人工智能。这个领域听起来好像很玄妙,但其实已经发展了很长时间。今天,我希望为大家介绍量子人工智能基本理论背后的一些思考和应用实践。 让我们从熟悉的地方开始讲起。 「一尺之棰,日取其半,万世不竭。」这样一件简单的事情,不仅体现了惠子和庄子的辩论,也体现了智能。这是逻辑学上的辩论:如何以难以辩驳的论据驳倒对方? 我提起这个例子,很大程度上是因为想到了数学里的极限。这句话其实表示了极限为零的过程,和计算机二进制是有关系的。如果把一个小木棍二等分,然后取一个小段再二等分,之后一直重复这个过程;仔细观察你会发现,实际上这就是二进制的表示。继续往下推演,你会发现木棍形状可以是不规则的,这时就会变成微积分的切割,变成了如何把一个立体的东西切成两块的问题。之后可能还会考虑怎么切得公平、快速、精确,这时候开始有工程学、算法优化的东西出现。当然,你也可以选择用这个想法搞个切棰子的游戏…… 所以说,这句话会带来非常丰富的想象。 但当这个东西切到切无可切的时候,这个东西还存在吗?答案是存在。那它遵循什么规律呢?古代的人只能去辩论,而现代人则会思考关于量子的事情。 我有一个不成熟的意见,那就是「切一棰而知天下」。“切一棰”里面蕴含了智能、人工以及量子。 现代的人对于事情的认知,已经远远不止刚才所讲的辩论;实际上,人们已经能够从最根本的层面认知世界。在上个世纪,我们可以看到伟大的物理学家、量子先驱们的不懈努力:1900 年普朗克发现能量需要量子化,爱因斯坦提出光量子,波尔提出氢原子轨道离散化。再接着,德布罗意提出波粒二象性,海森堡、薛定谔建立了微观世界的物质必须遵循的物理规律,狄拉克将量子力学与狭义相对论统一起来。这些成就使人们不仅仅只是在哲学的层面争论世界本源的问题,而是用物理学的方法非常严格地研究这些问题。 后来,冯诺伊曼和希尔伯特把整个物理学规律给公理化了。量子物理学被公理化以后,量子物理学不再局限于物理学家进行研究;其他领域的科学家以及各个行业的人都可以去研究。实际上,虽然量子力学听起来很玄妙,但是利用精确的数学就可以概括描述它。大学里《线性代数》的知识就可以用来刻画量子力学四条公理。这也是为什么今天我们能够在这里进行讨论,而不是像古人那样只限于辩论。 今天我们能够聚在这里共同探讨,还应该感谢图灵。图灵在二十几岁时提出「什么样的问题是可计算的?」并建立精确的数学模型用于回答这个问题。 “根据我的定义,一个数是可计算的仅当其十进制展开可以被一台机器所写出”——这个研究奠定了现代计算机的理论模型。之后图灵又提出另外一个问题:「机器能思考吗?」图灵认为机器也可以有所谓的智能,也会有独特的思考方式。所以,业界普遍认为图灵是人工智能的创始人。 量子和计算,这两个东西结合在一起会出现什么?历史证明,量子力学产生了巨大的革命效应。芯片、激光、原子弹、晶体管、核磁共振等等技术都是依据量子力学原理开发的。 现在,我们把量子和计算理论再次结合在一起,形成新的理论——量子计算。这个理论可以帮助我们去操控量子系统。以前对于材料的研究中,我们首先用量子力学原理去确立材料的性质,然后预测材料的结构;现在我们已经不再满足于这一步。我们希望技术能够针对单个量子系统,用量子力学规律预测出完整的性质,进而完成信息处理任务。这个事情为什么有意义?因为在量子世界里有非常多特性,比如叠加态、纠缠态等;这些特性可以使计算机拥有更强大的信息处理能力。 为什么我们需要量子计算?下面我将从三个方面阐述量子计算出现的必然性。 第一个是逻辑上的必然性。经典逻辑为什么要去关心量子逻辑?因为在经典逻辑层面已经不可避免要面对量子问题。 这个问题是什么?举个例子,考虑经典逻辑中的 “与或非” 操作。「非」就是输入 0 输出 1,输入 1 输出 0 的操作。我们可以把这个操作看成一个黑盒,这个黑盒的作用是不可分割的;这个操作本身也是物理过程。 兰道尔说过“信息的处理都是物理过程”,而只要是物理过程都遵循这个规律。因此,我们可以把看似不可分割的过程看成多个物理过程组合在一起,这时要求两个物理可实现操作的组合和逻辑「非」门等效。最后,你会发现没有任何一个经典逻辑操作能满足这个关系。 我们要解决这样一个困局:物理理论中存在,但经典逻辑中找不到,怎么办?这时需要引入矩阵思维去思考这个问题。引入虚数的概念,这个操作就是一个量子逻辑门的操作。其实,这个 R 是个量子逻辑门,它在物理理论中存在,但是不能被经典逻辑表达,那么它必须由量子逻辑才能刻画。 第二个是技术上的必然性。芯片的尺寸越来越小,现在已经小到一纳米,电子隧穿效应会越来越明显。在这种微观层面,已经没有办法延续经典摩尔定律。所以,我们必须考虑量子效应。另外,耗电量大的问题也必须要考虑,应用量子方法是一个解决的办法。 第三个是应用上的必然性。我们知道,生病了就要吃药,药是大分子,我们可以做一些化学反应去研究新药物。这时化学性质的模拟变得很重要。费曼发现,如果用经典计算机去模拟量子系统,通常需要消耗指数级别的时间,效率非常低下。打个比方,一个拥有 50 个量子比特的系统,记录该系统状态信息所需要的存储量是现在所有存储量的数倍。所以,只能考虑用量子模型去模拟。量子模型几乎可以模拟自然界中所有物质的演化过程。 接下来看一下量子计算技术的发展趋势。在过去几十年中,量子计算技术进展非常快。2001 年我刚进入这个领域,那个时候还没有能够造出一两个量子比特的操作;现在,我们已经能够制造一百个量子比特规模的量子计算机,科学家们也展示了量子计算的各种优势。 从这个意义层面来说,量子是我们在后摩尔时代的必由之路。我们可以用量子保护隐私,作为 AI 发展的突破口;研究更强大算力的算法需要量子;最终,我们希望得到一个可以完全超越经典的解决方案的全新量子解决方案。 需要强调的是,量子计算已上升为国家战略,量子科技的发展战略谋划和系统布局已经变成非常重要的方向。《“十四五”规划和 2035 远景目标纲要》中提出,要把量子信息作为三架马车之一。从海外来看,许多国家已经在量子计算方面有很大投入。另一方面,量子计算市场未来可期。从图中可以看出,根据综合信息得出来的预测显示,量子计算市场基本是呈指数增长趋势。 量子计算的应用方面主要是密码安全、人工智能、量子化学和材料模拟,可以搜索到很多相关的新闻报道。 量子计算和人工智能正在深度融合。很多大家很熟悉的人工智能业务,比如计算机视觉、自然语言处理、语音、自动驾驶,这些业务往往需要好的算法、深度学习框架。量子人工智能应运而生,在算法、框架和硬件三个层面起到节约资源和加速的效果。 量子人工智能的近期目标是什么?当前,我们只有中等规模量子硬件,还没有大规模量子硬件;我们还有一些近期量子算法能够有指数的加速。今后五到十年期间,量子人工智能领域最大任务是研制出比传统技术更好的量子计算方法,进而落地应用。 百度做的事情 最后,我很荣幸向大家介绍一下百度在量子计算方面做了什么。量子计算这样一个革命时代即将来临,作为一家企业,应该如何应对这样的挑战?百度做的事情非常简单:搭建储备技术人才软件平台、开发新业务,并把我们开发的技术提供给所有开发者、合作伙伴使用。 编者注:2018 年 3 月 8 日,百度成立量子计算研究所,段润尧博士成为研究所所长。研究所以实现 “百度量子,量子百度” 为使命,以 “人人皆可量子” 为愿景,致力于广泛开展量子技术储备、量子人才培养以及新量子业务探索,建成世界一流的量子人工智能研究机构,从而做好迎接量子计算时代的准备。为此,段润尧博士制订了 QAAA 战略规划:聚焦量子算法(Quantum Algorithm)、量子人工智能(Quantum AI)和量子架构(Quantum Architecture)三个核心方向,并在研发过程中不断利用量子计算赋能百度核心技术,持续将相关量子科技整合到百度的核心业务之中,积极探索量子科技创新业务。 在量子算法方向,百度希望针对具体任务设计高效的量子算法,将经典算法设计及分析理论推广到量子情形,优化现有量子经典算法,确定现有算法的可行性与局限性,聚焦于量子搜索、量子模拟、量子安全计算等应用;在量子人工智能方向,百度希望利用量子计算的信息处理优势促进人工智能的发展,同时利用现有的人工智能技术突破量子计算发展瓶颈,聚焦机器学习、信息安全、区块链等技术研发;在量子架构方向,百度希望提供量子基础架构综合服平台,用于支撑量子人工智能和量子算法的物理设备实现,聚焦量子硬件接口、分布式量子信息处理、统一编程平台、量子网络与因特网、量子和后量子密码等研究领域。 围绕 QAAA 规划,百度已建成了以量脉、量桨、量易伏三大项目为主体的百度量子平台(Baidu Quantum Platform),旨在提供全面的量子基础设施即服务 QaaS(Quantum Infrastructure as a Service),追逐 “人人皆可量子” 的愿景。百度量子平台提供了连接顶层解决方案和底层硬件基础所需的大量软件工具以及接口,百度希望这一平台扮演量子计算时代操作系统的角色。开发者和合作伙伴可以通过这一平台实现量子计算对行业的赋能,不再需要针对性接触和学习复杂的量子软硬件。通过打造量脉、量桨、量易伏三项国内领先的量子计算科技成果,百度已成为量子计算领域的先行者。 现阶段百度主要聚集在算法、量子人工智能和架构这三块领域。作为成果,我们已经推出的百度量子平台,就是围绕这三个方面。比如量桨是人工智能和深度学习的连接桥梁;量脉是量子控制的云平台;最重要的是量易伏,该平台可以帮助开发者朋友更加便捷的使用量子计算资源。 很高兴向大家重磅推出百度量子全景图,从算法设计到量子环境部署再到到量子软硬件接口,已经有一整套系统的框架。刚才说的量脉、量桨、量易伏在其中扮演着很重要的角色。 编者注:量脉(Quanlse)是脉冲级别量子控制云平台,通过云计算为量子控制提供专业与高效的解决方案,提供了高效的量子软硬件接口,为近期量子应用的实现提供了有力保障。量脉最新升级至 2.0 版本,重点研发了多量子比特含噪模拟器,用于仿真超导量子芯片,新增误差表征和噪声缓释模块助力提升量子计算精度,成为了同时支持超导电路、离子阱、核磁共振三类量子硬件的量子控制平台。 量桨(Paddle Quantum)是量子机器学习工具集,可加速人工智能技术与量子计算的深度融合,进而有望促进量子化学模拟、新药研发、金融等领域的突破进展。量桨最新升级至 2.1 版本,运行效率平均提升 20%,通过前沿的量子神经网络、LOCCNet、量子核方法、含噪量子电路模拟等模块,开发者们可以在量桨上便捷地进行人工智能、组合优化、量子化学方面的量子应用研发。 量易伏(量子易于降伏,Quantum Leaf)作为国内首个云原生量子计算平台,是从应用到真机的一站式量子计算平台,结合原生云计算和量子计算优势,承载量子计算需求和出口,是开启量子计算时代的钥匙。最近,量易伏重磅升级至 2.0 版本,成为国内首个接入量子计算真机的云原生量子计算平台,提供从应用到真机的一站式量子计算服务。量易伏通过接入中科院物理研究所的超导量子比特芯片,以及诸如混合语言支持、QCompute SDK(量子软件开发工具集)、云上量子 IDE(集成开发环境)、自动化模块工作流等技术,带来了真正企业级的量子计算开发环境,进一步彰显百度量子生态软硬实力和构建生态上下游能力,使得人人皆可使用到量子计算的能力。 量易伏是国内首个云原生量子计算平台。教育科研、人工智能应用、化工医药等领域都可以通过该平台编写程序。量易伏可以把外部信息转换成量子硬件可接受的指令;同时还会提供各式各样的编程方式。开发者朋友可以在线编程,可以用经典和量子混杂的方式编程。该平台适合所有开发者。 最近我们和中科院物理所一起合作,实现了量易伏和他们的量子芯片的对接。所有开发者都可以利用量易伏平台,在他们的量子芯片上运行量子程序。 光说不练假把式,我们非常欢迎大家可以自己尝试一下。举个例子,我们用量易伏写了一个程序,这个程序可以用来计算化学分子,也可以用量易伏设计量子神经网络,然后通过量易伏传到物理的真机上,最后通过来回调用真机,计算出小分子基态的能量。目前计算出的结果和理论值还有一点偏差,相信经过后续不断改进,偏差会逐渐缩小。 这个事情意义何在?我们想象一下,如果是以前,想知道一个分子的基态度会怎么做?一定是到实验室做各类实验,收集各种数据,之后用经典计算机处理大量数据,勉勉强强建立一个模型,然后再去分析、最后才得到结果;而现在,程序员朋友只要在自己电脑上敲几下代码,发个指令就可以算出来。这是革命性的计算方式,这是最激动人心的地方。我们后面也会持续推出新的量子计算平台,希望大家关注。 最后和大家介绍一下百度量子生态。百度量子生态是非常开放的生态,我们希望百度量子生态能够可持续地发展,秉承给开发者朋友、用户、客户提供服务永远至上的准则。我们希望和硬件供应商合作,在硬件方面第一时间进行测试合作互联,最后达到共赢;也希望和科研院所以各种方式开展科研合作。同时我们也在持续支持相关的国际会议,如 QIP 等。我们还有像 Artur Ekert 这样的顶级顾问,Artur 是量子密码的共同发明人,也是量子计算的先驱。通过这样的方式,我们由衷希望通过百度量子生态和大家一起共同发展。 展望 最后展望一下量子科技之星。量子科技其实挑战很大,我们应该如何应对?在我看来,科学研究方面需要系统布局,而量子科技人才队伍的培养势在必行。具有交叉学科的背景知识的人才,这是目前最缺的。在应用方面,量子会使云计算和 AI 变得更加有活力,还能够促进产业升级。 结语 我相信对每一个企业都面临这样的问题:如何在量子时代做好准备,如何开发新的东西? 清朝末年有一个小说很有名,讲的是女性怎么通过努力争取权利的,这本书叫《黄绣球》。小说里有句话就是「前人栽树,后人乘凉」。所以在这里,我放了一张树的照片:这是一棵九千多岁的树,它的年龄是用量子方法测出来的。巴菲特说过「之所以现在我们可以在树底下乘凉,是因为很久以前有人在这种了一棵树」。我觉得人人皆可量子,而现在正是种量子树的黄金季节。百度希望和大家携手,一起推进量子领域的发展。谢谢大家! 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2021-7-26
    最后回复 贾雅爱 2021-7-26 19:19
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  • 量子计算:这是区块链的终结吗?
    让我们先来理解一下区块链的概念。 免责声明:我试图尽可能简化描述的过程,这个过程在技术层面上产生可能会产生细微的差别。此外,请不要介意我在描述中引用的潦草的笔记。但与网络上的图片相比,我觉得这些笔记能更加清楚地阐明区块链的概念。 简单来说,区块链是指记录特定类型交易的分类账本。其主要利用整数分解等数学函数。从一方面来说,这种方式很容易解决问题,从另一方面来说,它的安全性却得不到保障。 区块链中的交易记录被添加到称做区块的数据库中,而所谓的区块是利用被称作哈希函数的计算方式来进行加密的。原始的交易信息在哈希之后会得到一个特定的哈希值,交易信息和哈希值组合在一起就构成了一个区块。毫无疑问,每条交易信息都可以得到一个特定的区块,最终组合起来就形成了一系列依次排列的区块——这就是区块链名称的由来。 下图是Python中利用MD5算法生成的哈希示例,它是一种广泛使用的哈希函数,可以生成128位哈希值。 使用该算法必须要确定输入值(“Kellogg第一块”),而确定输入值对于经典计算机来说是非常困难的。它只能通过暴力破解——系统地列举所有可能的待选值并检查每个待选值是否满足解决方案的条件。类似地,解决比特币块的哈希需要以多个零开始,这就意味着计算量非常庞大。这就解释了为什么比特币网络中的所有计算机联合处理,依旧需要大约7分钟来解决一个块。 然而,量子计算机或许能改变一些情况,这可能会对区块链和加密货币构成威胁。我们来看看情况到底如何。 1.什么是量子计算机? 计算机的计算能力取得显著进步得益于晶体管的尺寸不断减小。计算机中每种部件的核心都是晶体管,它是处理计算机信息的基本逻辑单元。 在过去的几十年中,英特尔等芯片制造商通过减小尺寸,已经能够在CPU中安装越来越多的晶体管。在现代CPU中,晶体管甚至比HIV病毒还要小。实际上,我们正致力于将晶体管的尺寸缩小到原子大小的级别。基于这一事实,摩尔定律将不再适用,并且计算能力可能不会像过去那样保持相同的增长速度。(摩尔定律:它描述了这样一个理论,密集集成电路中包含的晶体管数大约每两年就会增加一倍。该定律被广泛用于研发规划中) 这个问题的解决方案之一是量子计算。 基于晶体管的经典计算机中,它的位可以只有0和1。然而,量子计算机维持一系列量子位,其可以表示1,0,或者两个量子位状态的任何叠加。通常,具有n个量子位的量子计算机可以同时处于多达2^n个不同状态的任意叠加。由于经典计算机在任何时候都只能处于2^n个状态之一,因此与现有计算机相比,量子计算机的运算能力相当于它的几个指数级。 为什么这种叠加可以发生呢?那是因为量子世界本质上是平行的。在著名的托马斯·杨双缝实验中,量子粒子可以同时穿过两个狭缝。而最好的量子计算机可以具有大规模计算的能力,其效率远高于传统计算机。 2.量子计算的原则 由于我们在学校中主要学的是经典力学,对量子计算的概念并不太熟悉。所以我会尝试使用一个最简单的例子进行演示,这个例子是我的量子力学教授曾经用过的 你能搞清楚哪一个是这个立方体的正面吗? 你可能不确定。 但是,一旦你确认哪一方是前方,你就恍然大悟了。这种可能状态的不确定性揭露了量子力学中一种最深刻的理论——叠加原理。 基于这个原理,n个量子位可同时表示多达2^n个不同状态的任意叠加。 现在再尝试一下。前面是哪一边? 这个很有意思有趣的。虽然目前你可能不太确定,然而一旦你确定了一个立方体的正面,你也就明白了第二个立方体的位置分布。不知何故,两个在空间相距很远的立方体纠缠在了一起。 量子纠缠描述了两个或更多个物体相互纠缠在一起的量子态现象,即使各个物体可以在空间上分开。 量子纠缠是量子计算机运行的超临界部分。量子计算机设置纠缠并测量输出,将量子态叠加塌缩为0和1(或经典状态)。量子世界中的许多算法只能在一定概率下给出正确答案。但是,通过反复初始化、运行和测量量子计算机的结果,获得正确答案的概率可以得到提高。 3.对区块链的威胁 如上所述,区块链使用的加密技术被公认为是不可破解的,除非通过庞大的计算能力进行暴力攻击。这一概念类似于用于因特网上的通信加密技术。 量子计算机因其超强的计算能力,理论上可以破解当今的公钥密码,因此它对区块链构成了威胁。 然而,量子计算的扩展遭遇到了挑战。 量子比特非常脆弱。即使是环境噪声也可能导致它失去相干性,从而破坏粒子的量子特征。 对于每个有用的量子比特,你需要10到100个量子比特来纠正错误。因此,它很难扩展。对这一领域的研究正在如火如荼地开展中,一些研究成果包括拓扑量子计算机已经公诸于世。 4.量子计算世界中区块链的未来是什么? 当安德森·霍洛维茨的联合创始人马克·安德森被问及区块链的问题时,他是这么回答的: “你只要找到这样一种聪明人来解决区块链的问题就行了,这种人一旦听说向量计算中出现什么难题,就会变得异常兴奋。” 抛开他的乐观主义不谈,解决量子世界中区块链的问题十分棘手。 其中一个潜在的解决方案是量子区块链,它使用量子加密技术。这是由新西兰惠灵顿维多利亚大学的德尔·拉詹和马特·维瑟提出的。这个想法很简单——计算机的计算速度越快,这个难题会变得愈加复杂。他们的想法是使用与时间相互纠缠的量子粒子来创建区块链。这将允许单个量子粒子在不破坏之前的所有粒子的前提下,对它们进行编码,并且这种方式不会被黑客入侵。 然而,对于已经受到限制的区块链来说,这将会对它的扩展产生更进一步的影响。 虽然区块链的未来充满变数,但它确实非常有趣。 原文章作者:墨客星球,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2021-7-26
    最后回复 当诠忆 2021-7-26 08:57
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