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“量子霸權(quán)”爭(zhēng)奪大戲拉開(kāi)帷幕

時(shí)間:2024-01-28

國(guó)際科技

近日,美國(guó)IBM(國(guó)際商用機(jī)器公司)宣布成功研制出一臺(tái)50量子比特處理器原型,盡管目前仍不清楚相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié),但已表明“量子霸權(quán)”爭(zhēng)奪戰(zhàn)已進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)期。不過(guò),距離量子計(jì)算機(jī)實(shí)用化、發(fā)揮其所有潛能還為時(shí)尚早。

“量子霸權(quán)”是美國(guó)加州理工學(xué)院物理學(xué)家約翰·普瑞斯基爾發(fā)明的名詞,用來(lái)表示“量子計(jì)算機(jī)在一些領(lǐng)域有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所不具有的能力”,比如模擬分子結(jié)構(gòu)、處理密碼學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)等方面的一些問(wèn)題等。業(yè)界普遍認(rèn)為,超過(guò)49個(gè)左右量子比特后,量子計(jì)算機(jī)的能力將“一騎絕塵”,傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)只能望之興嘆。

目前,包括谷歌、英特爾等公司在內(nèi)的國(guó)際科技巨擘通過(guò)不同的研究方法和路徑,都在朝這一目標(biāo)進(jìn)發(fā)。一直被視為量子計(jì)算機(jī)發(fā)展領(lǐng)域“領(lǐng)頭羊”的谷歌此前已推出9個(gè)量子比特的機(jī)器,并宣布將于今年底前公布49量子位系統(tǒng);英特爾則于今年10月正式宣布,首款17個(gè)量子比特的超導(dǎo)測(cè)試芯片已交付荷蘭合作伙伴QuTech。

盡管各方交戰(zhàn)正酣,但其實(shí),研制出50個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī),奪取“量子霸權(quán)”,實(shí)用型量子計(jì)算機(jī)的大幕也才剛剛拉開(kāi)。

首先,研制量子計(jì)算機(jī)是一個(gè)系統(tǒng)工程,除了要研制芯片、控制系統(tǒng)、測(cè)量裝置等硬件外,還需要開(kāi)發(fā)與之相關(guān)的軟件,包括編程、算法、計(jì)算機(jī)的體系架構(gòu)等。由于對(duì)硬件和軟件都有不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的全新要求,量子計(jì)算機(jī)的所有方面都需要重新進(jìn)行研究。

其次,量子比特的數(shù)量并不是最重要的。有專家表示,對(duì)于超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)成千上萬(wàn)個(gè)量子位并非難點(diǎn),難點(diǎn)在于如何讓它們的量子態(tài)精確無(wú)誤地相互作用。量子計(jì)算機(jī)使用的量子系統(tǒng)非常脆弱,周?chē)h(huán)境很容易破壞量子相干性,導(dǎo)致量子計(jì)算機(jī)并行運(yùn)算能力基礎(chǔ)消失,變成經(jīng)典的串行運(yùn)算,因此,通用的實(shí)用型量子計(jì)算機(jī)需要較強(qiáng)的容錯(cuò)能力,這也是科學(xué)家努力的目標(biāo)。

另外,超過(guò)50個(gè)量子比特也并不表示量子計(jì)算機(jī)就能做任何有意義的、傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法進(jìn)行的運(yùn)算。目前最樂(lè)觀的估計(jì)是,量子計(jì)算機(jī)如果想以比經(jīng)典計(jì)算機(jī)快得多的速度來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題,可能至少需要100個(gè)到200個(gè)量子比特;而據(jù)專家估計(jì),要想進(jìn)行某些特殊的運(yùn)算,可能需要數(shù)千個(gè)乃至更多量子比特。要想實(shí)現(xiàn)這些,仍有很長(zhǎng)的路要走。

微軟量子計(jì)算項(xiàng)目負(fù)責(zé)人霍爾姆達(dá)爾曾指出,第一個(gè)晶體管在50年前被發(fā)明出來(lái)的時(shí)候,沒(méi)有一個(gè)科學(xué)家會(huì)想到其能應(yīng)用于手機(jī)之上。如今,量子計(jì)算機(jī)也處于這樣一個(gè)類似的“奇點(diǎn)”。“天生自帶光環(huán)”的量子計(jì)算機(jī)將會(huì)在世界上掀起什么樣的“腥風(fēng)血雨”?最終會(huì)在哪些我們能想到和無(wú)法想到的領(lǐng)域“大顯身手”?我們只能拭目以待。

來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)

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