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量子超级计算机技术突破可能带来计算机革命

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发表于 2023-2-16 15:11:13 | 显示全部楼层 |阅读模式

量子技术突破可能带来计算机革命

帕拉布·戈什(Pallab Ghosh)
BBC科学事务记者

汉辛格教授

汉辛格教授

汉辛格教授

20年前其他科学家告诉汉辛格说要造出量子超级计算机是异想天开。现在他已经造出他身后的这些系统,证明量子计算机是可行的。

研究人员离实现制造多任务的“量子”计算机又近了一步,那将是比现有的最先进的超级计算机更强大的计算机。

量子计算机利用了亚原子粒子的怪异特性。

所谓的量子波粒能够同时存在于两个地方,而且即使分隔数百万英里仍然匪夷所思地能够保持关联性。

英国苏塞克斯大学(Sussex University)的研究团队实现了在电脑芯片之间以前所未有的速度和精度传送量子信息。

研究人员把两个芯片连接在一起,以前所未有的高速和准确性在芯片间传送量子信息 ...

研究人员把两个芯片连接在一起,以前所未有的高速和准确性在芯片间传送量子信息 ...


研究人员把两个芯片连接在一起,以前所未有的高速和准确性在芯片间传送量子信息。

20多年来电脑研究人员一直努力造出有效的量子计算机。诸如谷歌、IBM和微软这类公司已经开发出简单的机器。但是按照苏塞克斯大学研究团队负责人温弗里德·汉辛格(Winfried Hensinger)教授的说法,新的研究为制造出新系统铺平了道路,这种新系统将能够解决现有最好的计算机也不能解决的现实世界的问题。

他说:“我们现在拥有的量子计算机的芯片都非常简单,我们现在已经取得了某种能力,即能造更强大的量子计算机,用它能够解决工业和社会中的一些最重要的问题。”

罗尔斯·罗伊斯投资进行量子计算机研究

罗尔斯·罗伊斯投资进行量子计算机研究

图像来源,ROLLS-ROYCE

罗尔斯·罗伊斯(Rolls Royce)投资进行量子计算机研究,希望量子计算能够加速航空发动机的设计过程。

目前计算机只能以简单的线性方式处理问题,一次进行一个计算。

在量子领域,粒子能够同时处于两个地方,研究人员希望利用这个特性研发出能够同时进行多个计算的计算机。

量子颗粒能够在间隔数百万英里的情况下仍然能够显示关联,两个粒子的行为同时有镜像表现。这个特性被研究人员利用来研发能力更强大的计算机。

量子计算机芯片需要在清洁室中放在真空容器中操作

量子计算机芯片需要在清洁室中放在真空容器中操作


量子计算机芯片需要在清洁室中放在真空容器中操作,否则任何轻微的污染都会降低芯片的效率。

一个研究当中的障碍就是需要在芯片之间迅速和可靠地传送量子信息:信息受损就会产生误差。

不过汉辛格教授的团队已经取得了突破,他们发表在《自然通讯》期刊上的研究表明,他们可能已经克服了上述障碍。

这个团队研发了从一个芯片向另外一个芯片以创纪录的速度传送信息的系统,传送可靠率达到了99.999993%。研究人员说,这显示了在原则上许多芯片能够插在一起形成算力更强大的量子计算机。

研究团队在测试量子计算机的时候能够观察到单个原子在芯片上浮动

研究团队在测试量子计算机的时候能够观察到单个原子在芯片上浮动

图像来源,SAHRA

研究团队在测试量子计算机的时候能够观察到单个原子在芯片上浮动。

迈克尔·卡斯伯特(Michael Cuthbert)教授是牛津郡迪德科特(Didcot)的国家量子计算中心的负责人,该机构独立于苏塞克斯的研究团队。他把最新的研究进展说成“迈出很重要的,具有实际意义的一步”。不过他说要研发出实际的系统还需要做更多工作。

“将来要造出我们需要的量子计算机,需要在开始时把指甲大小的芯片连接,形成餐盘大小的东西。苏塞克斯的团队已经展示了在做这一步的时候能够实现某种稳定性和速度。”

“不过在那一步的时候你需要把餐盘大小的东西相连接的机制,把机器做大,有可能像足球场那么大,这样才能进行有实际意义的,有用的计算,那种规模的通讯技术目前还没有。”

量子纠缠

量子纠缠

量子纠缠, 图像来源,SPL

量子计算利用微观粒子的奇异特性,即粒子能够同时出现在两处,无论距离多远,都能显示出不可思议的关联性。

萨塞克斯大学的博士生撒哈拉·库尔米亚(Sahra Kulmiya)参加了上述试验研究。她说研究团队已经准备好迎接挑战,把技术推进到下一个阶段。

她对BBC记者说“这已经不仅仅是物理问题了。”

“这是个工程问题,计算机科学的问题,也是个数学的问题。”

“很难说现在我们究竟距离实现量子计算有多近,但是我对于这种技术对我们日常生活具有意义感到乐观。”

英国主要的工程公司罗尔斯-罗伊斯(Rolls Royce,又译劳斯莱斯)也对上述技术感到乐观。他们同苏塞克斯的研究人员一起研发能够帮助他们设计更好的喷气发动机的计算机。

强大的超级计算机被用作模拟气流,测试航空发动机的新设计。

为工程带来转变

里·拉普沃斯(Leigh Lapworth)教授是罗尔斯-罗伊斯研发量子计算机的负责人。他说,量子计算机在理论上能够以更大的精确度跟踪气流,而且快速完成这个过程。

“量子计算机能够以目前我们无法实现的速度完成计算,而用其他方法这个计算过程需要数月或数年才能完成。有潜力在数天里做到这点会改变我们的设计系统,让我们制造出更好的发动机。”

“这个技术还可能应用到更块地设计药品,同时能精准地模拟药品的化学反应,这些计算任务对目前的超级计算机都过于困难。他们还可能提高更准确的气象预报系统,预测气候变化的冲击。”

汉辛格教授说,他最初产生研发量子计算机的想法是在20多年前。

“人们翻着眼睛说:‘那不可能’。”

“当人们告诉我那无法做到的时候,我只是喜欢尝试。因此,在过去的20年当中,我一直在克服一个又一个的障碍,现在到了能够建造可以实际操作的量子计算机的地步。”
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