5分钟看懂中国最新的量子计算机

量子力学可能会成为

计算机系的必修课

阿基米德说:

“给我一个杠杆，

我可以撬开地球。"

然后问题出现了:

为了承受地球的重量，

这个杠杆有多厚多长？

同样的道理，

在计算机科学家的眼中，

给他一台传统电脑，

所有任务都可以计算。

只有一些任务更复杂。

计算时间有点长。

因此，从实际角度来看，

传统计算机不是万能的。

当执行某些特殊任务时，

(例如，科学家担心的核电问题)

这是“男女仆人力所不及的”。

2010年，麻省理工学院的计算机科学家

阿伦森和阿尔基普夫提出，

在一个类似的高尔顿盘子里

在量子光学系统中，

执行“玻色采样”任务。

传统的计算机无法处理它。

在这个量子光学系统中，

光子就像大理石一样，

多光子干涉仪相当于一个钉板，

单光子探测器负责观察

光子从哪个洞逃脱了？

玻色采样似乎是一个常见的问题。

但是说到量子力学，

许多反直觉的飞蛾，

它突然出现了！

玻色采样中的飞蛾

母亲1:波粒二象性

在量子力学中，

光子都是粒子，

另一波。

光束遇到障碍物后，

它可以传播和反射。

因此，当光子遇到分束器时，

它可以传播和反射。

同时从两边跑了出来。

母亲2:不可分辨

两个光子的情况更加复杂。

首先，这两个光子可能完全相同。

你分不清谁是谁。

母亲3:多光子干涉

当同时通过分束器时，

双光子二重身，

有可能彼此重叠，

也有可能相互抵消。

最终的结果很难用一句话来理解。

母亲4:采样中波函数的崩溃

当光子在出口遇到探测器时，

波动会突然消失，

显示初始粒子的性质。

起初有两个光子进来，

最后，只有两个光子可以被允许出来。

其余的“二重身”必须消失。

这是量子力学中的波函数坍缩。

简而言之，玻色采样，

这是n光子的运行，

并且随机地从哪n个出口

耗尽的过程，

都属于量子力学管。

阿伦森和阿尔基普夫已经证明，

用传统的计算机来解决这个量子问题，

取样时间会很长。

如果总共有n个光子参与实验，

传统计算机的采样时间，

它将按照n 2× 2 n的规律增加，

这比直接进行玻色采样实验要慢得多。

如果量子光学实验设计合理，

它必须比传统的电脑快。

所以，

实验装置本身，

它可以被称为光学量子计算机。

它“计算”的是，

被采样的是输出光子的分布。

如果光子数达到50，

根据传统计算机，

计算量将增加到30亿倍！

即使你使用当前的超级计算机，

不可能快速完成玻色样本，

你只能直接在设备上做实验。

这是一种“量子优势”。

这个实验装置说起来容易，

但这很难实现。

例如，我们如何清理

产生单光子？

如何使产生的光子无法区分？

我们如何减少玻色采样的损失？

2017年5月，这些困难

这是由中国科技大学的潘剑伟和路朝阳的研究团队拍摄的。

如果使用该设备

玻色采样是在三个光子上进行的，

收集样本只需要0.2毫秒。

同样的任务，

如果世界上第一台传统电脑

ENIAC是通过计算完成的。

那么至少需要44毫秒。

可以说在这个特殊的任务上，

量子计算机赢了。

与其他国际同行的类似实验相比，

这要快24000倍。

然而，目前这种装置，

只进行了五次光子实验。

如果你想杀死一台超级计算机，

进行50次光子实验，

科学家仍然需要努力工作。

此外，玻色取样装置，

只能进行玻色采样。

无法执行其他计算任务。

这是一台非通用量子计算机。

然而，建造玻色取样装置，

而且用于制造通用量子计算机

清除重要的技术障碍。

因为高质量单光子源，

高效干涉仪，

它们是最常见的核心组件。

除了光学设备之外，

科学家也使用许多方法，

尝试实现量子计算。

例如离子阱、核磁共振，

量子点、核自旋和超导性等。

2017年3月，

朱晓波和王浩华

与卢朝阳、潘剑伟合作，

使用超导方法，

制作了量子处理器。

也让10个量子位

形成了量子纠缠。

在这个超导量子处理器中，

电磁波有两种不同的能量状态。

一个状态代表位0，

一个状态代表位1。

根据量子力学原理，

超导电路可以位于，

它是0和1的叠加态。

这就是传说中的量子位。

量子计算机的优势在于，

当它有n个量子位时，

因为这些状态是相互叠加的，

它最多可以同时处理。

2个州！

2

然而，量子位越多，

越难制造。

在那之前，

在超导量子计算中，

只有9个量子位可以被完全操控。

在这个超导量子处理器中，

中国科学家做到了

让10个量子位形成

最大纠缠态。

计算机的计算过程，

是操纵比特的过程。

让10个量子比特纠缠在一起，

解释中国科学家

可以完全控制这10个量子位。

这两台量子计算机的结果，

让中国科学家

在通往更先进的量子计算的道路上，

已经采取了一个重要和不可或缺的步骤。

在未来，

为了使用实用的量子计算机，

我们还有很长的路要走。

期待着那一天的到来！

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