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科普中国:谷歌说研制出了量子计算机中科大笑了

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发表于 2016-8-20 13:26:07 来自手机 | 显示全部楼层 |阅读模式
日前,中国量子计算机取得突破性进展,中国科技大学量子实验室成功研发了半导体量子芯片和量子存储,量子芯片相当于未来量子计算机的大脑,研制成功后可实现量子计算机的逻辑运算和信息处理,量子储存则有助于实现超远距离量子态量子信息传输。那么量子计算机相对于传统计算机有什么优势?本次成功研究的量子芯片距离真正实用的量子计算机还有多远呢?
量子计算的基本原理
近年来,传统计算机发展中已经逐渐遭遇功耗墙、通信墙等一系列问题,传统计算机的性能增长越来越困难。因此,探索全新物理原理的高性能计算技术的需求就应运而生。
量子计算是一种基于量子效应的新型计算方式。基本原理是以量子位作为信息编码和存储的基本单元,通过大量量子位的受控演化来完成计算任务。所谓量子位就是一个具有两个量子态的物理系统,如光子的两个偏振态、电子的两个自旋态、离子(原子)的两个能级等都可构成量子位的两个状态——晶体管只有开/关状态,也就是要么是0状态,要么是1状态;而基于量子叠加性原理,一个量子位可以同时处于0状态和1状态,当量子系统的状态变化时,叠加的各个状态都可以发生变化。
举例来说,因为1个量子位同时表示0和1两个状态,7个这样的量子态就可以同时表示128个状态。N个量子位可同时存储2的N次方个数据,数据量随N呈指数增长。同时,量子计算机操作一次等效于电子计算机要进行2的N次方次操作的效果……等于是一次演化相当于完成了2的N次方个数据的并行处理,这就是量子计算机相对于经典计算机的优势。
量子计算机具有极大超越经典计算机的超并行计算能力。例如,求一个300位数的质因数,目前最好的经典计算机可能需要上千年的时间来完成,而量子计算机原则上可以在很短的时间内完成。因此,量子计算在核爆模拟、密码破译、材料和微纳制造等领域具有突出优势,是新概念高性能计算领域公认的发展趋势。
距离量子计算机还有多远
要构建量子计算式有两个要求,一个是量子逻辑门精度足够高,另一个是逻辑比特数量足够多。
量子比特可以分为物理比特和逻辑比特。物理比特并不稳定,可能现在有10个物理比特,但很快就丧失了。因此,不得不通过纠错码过程对10个物理比特做冗余,最后生成了一个逻辑比特,逻辑比特有很好的容错特性。
量子计算要产生相对于传统计算足够多的优势,有效的逻辑比特的数目必须要大于30的情况下才行,要做出真正的量子计算机则需要几百上千物理比特。而量子技术需要利
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