China Computer Society Forum'daki beş uzman tartıştı: Kuantum bilgisayar 10 yılda olgun mu?
İçbükey tapınaktan Hao Nan Qubit Raporu | Genel Hesap QbitAI
Kuantum hesaplamanın laboratuvar dışında 10-15 yıl içinde önemli ilerleme kaydetmesi bekleniyor mu ve gerçekten pratik problemleri çözmek için uygulanıyor mu?
Şimdi kuantum bilgisayar alanındaki ana oyuncular hala Google, IBM ve MIT gibi Amerikan teknoloji devleridir. Çin'in kuantum hesaplama araştırma seviyesinin dünyadaki durumu nedir?
28 Mart'ta, Çin Bilgisayar Derneği'nin (YOCSEF) Gençlik Bilgisayar Bilimi ve Teknolojisi Forumu " Kuantum bilgisayarlar bizden ne kadar uzakta "Çevrimiçi seminer.
Bu soruları akılda tutarak, bu sıcak konuyu Çin'in en yetkili bilim adamları ve kuantum hesaplama alanındaki iş liderleri ile paylaştık.
Gerçekten güvenilir bir kuantum bilgisayar nedir?
Google, Ekim 2019'un sonunda, Sycamore adlı çipinin "kuantum avantajını", yani geleneksel bilgisayarlarda neredeyse imkansız olan görevleri tamamlayarak kuantum bilgisayarların yeteneklerini göstermeyi başarıyla sağladığını duyurdu.
"Avantaj" terimi, insanlara kuantum bilişimin zaten geleneksel bilgisayarların yerini alabileceğini hissettiriyor, ancak IBM Google'ın performansına katılmıyor ve Google'ın Sycamore'un bir "konumlandırma" olduğuna inanıyorlar. Her şeyden önce, Sycamore'un gerçek bir işlevi yoktur, sadece rastgele sayılar üretir; ikincisi, Google'ın karşılaştırma için kullandığı geleneksel bilgisayar algoritması optimal değildir.Aslında bu görev, geleneksel bilgisayarlar tarafından da zorluk çekmeden tamamlanabilir.
IBM'in onayladığı yol, kuantum hesaplamanın ticarileştirilmesini mümkün olan en kısa sürede gerçekleştirmek için kuantum hesaplamanın avantajlarını geleneksel bilgisayarlarla birleştirmektir. IBM, kurumlar ve bilimsel araştırma kurumları için kuantum bulut hizmetinin bir ilk sürümünü zaten başlattı.
Peki kimin hattı doğru? Kavun yiyen insanlar olarak kuantum hesaplamadan ne bekleyebiliriz?
Kuantum bilgisayarların 5 teknik rotası
Her şeyden önce, kuantum bilgisayarların kuantum mekaniğinin fiziksel yasalarına dayanan yeni yeteneklere sahip fiziksel aygıtlar olduğu konusunda net olmalıyız. Kuantum bilgisayarlar, atomlar veya elektronlar gibi mikroskobik sistemler üzerinde derlenir. 1, 0'ı temsil etmek için yüksek ve düşük potansiyelleri kullanan geleneksel bilgisayarların aksine, kuantum bilgisayarlar 1 ve 0'ı temsil etmek için elektron spininin üst ve altını seçer. Aksine, bir kuantum bilgisayarın bir hesaplama birimi artık bir transistör değil, bir kübittir.
Diğer bir deyişle, Bir kuantum bilgisayarın yeteneği, çalışabilir kübitlerinin sayısı ve kararlılığı (tutarlılık süresi, aslına uygunluk) ile belirlenir. .
Bir kuantum bilgisayarı gerçekleştirmek için üç öğe gerekir: kullanılabilir bir kübit, yüksek kaliteli kuantum işlemi ve kuantum sistemi (yeterli kübit).
Doğada kuantum etkilerine sahip tüm taşıyıcılar kübit olarak kullanılabilir, ancak şimdi bir kuantum bilgisayarı gerçekleştirmek için temel olarak beş farklı fiziksel sistem vardır:
Bu teknik yolların her birinin kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır ve farklı araştırma kurumları her planı ilerletmektedir Maalesef, her iki rotada da hiçbir ilerleme yapılmamıştır, bu nedenle araştırmacılar kuantum bilgisayarları gerçekleştirmek için en iyi fiziksel planı belirleyemezler.
Şu anda, geliştiricilerin yüzde seksen ila doksanı, esas olarak süper iletkenler ve yarı iletkenler dahil olmak üzere, katı hal cihazları rotasını takip ediyor.
Bunun iki nedeni var: Birincisi, insanların kuantum bilgisayarları gerçekleştirmek için çok gelişmiş yarı iletken ve entegre devre teknolojisini kullanmayı umması.Bunu yapmanın avantajı, bilgisayarların gelecekteki ölçeklenebilirliği ve entegrasyonudur. İkincisi, herkesin bunu katı hal cihazları ve elektrik yönünde gerçekleştirmeyi ummasıdır, çünkü insanlar gelecekte kuantum bilgisayarların ve klasik bilgisayarların uyumluluğunu ve entegrasyonunu dört gözle beklemektedir.
Peki kuantum bilgisayarların teknik zorlukları nelerdir?
Doğruluk, işçiliğe ve malzemeye bağlıdır
Aslına uygunluk, kuantum hesaplamada faz tutarlılığı kaybının temel bir ölçüsüdür ve değeri 0-1 arasındadır. şu şekilde tanımlanır:
Bunlar arasında, H ve H'nin zaman içermediği varsayılır ve aralarında H '= H + V bir pertürbasyon terimi vardır.
Basitçe ifade etmek gerekirse, aslına uygunluk, bir kuantum hesaplama biriminin bir işlemden sonra beklenen bilgiye olan benzerliğini ifade eder. Kuantum hesaplamanın doğruluğu ne kadar yüksek olursa o kadar iyi olacağını umuyoruz.
Bir kuantum bilgisayarın gerçekleştirilmesi üç unsur gerektirir: kullanılabilir bir kübit, yüksek kaliteli bir kuantum işlemi ve bir kuantum sistemi (yeterli kübit).
Örnek olarak süper iletken kübitleri ele alalım.Bunun en önemli avantajlarından biri, devre benzeri bir yapıya sahip olması ve büyük ölçekli baskı ve üretime hızlı bir şekilde ulaşmak için geleneksel entegre devre teknolojisini kullanabilmesidir.
Son yıllarda çok hızlı gelişti Aşağıdaki şekil, süperiletken kübitlerin uyumsuzluk süresinin yaklaşık iki ila üç yıl içinde ikiye katlanacağını gösteriyor.Tüm kübitin performansı şimdi on veya on beş yıl öncekinden daha yüksek. Çok daha iyi.
Tutarsızlık ve niceliğe ek olarak, süperiletken kübit kapısı işleminin aslına uygunluğunun da yüksek olduğunu ve% 99.4'e ulaştığını görebiliriz. Ve pratik bir kuantum bilgisayar en az 1 milyon bit kapıyı entegre etmelidir , Zorluk yatıyor Bit geçidinin aslına uygunluğunu azaltmadan bit sayısı nasıl artırılır .
Temel nedenden yola çıkarak, iki açıdan iyileştirme yapmamız gerekiyor: malzemeler ve süreçler.
İlk kübitlerde çok geleneksel yarı iletken malzemeler kullanıldı ve doğrudan geleneksel yarı iletken süreçler uygulandı, ancak eş evreli olmayan performans nispeten zayıftı, bir mikrosaniyeden azdı. O zamanlar, herkesin bu süper iletken kuantum hesaplama için yüksek umutları yoktu. Bu şeyin yalnızca kuantum mekaniğinin bazı temel problemlerini inceleyebileceğine inanıyorlardı. Onu kuantum hesaplama için gerçekten kullanmak hala biraz belirsiz.
2007 yılında, süper iletken kübit, performansını büyük ölçüde artıran bir kapasitör mekanizması ile değiştirildi. 13'üncü ve 14'üncü yıllarda Google birçok teknolojik yenilik yaptı ve dekerans süresi hızla yüzlerce mikrosaniye mertebesine yükseldi. Özellikle bu yıl bilim adamları, bitlerin ayrışma süresini yüzlerce mikrosaniye mertebesine daha da artırabilecek tantal gibi yeni malzemeler uygulamaya başladı.
Bu cesaret vericidir, süper iletken kuantum hesaplamanın doğuşu kısa olmasına rağmen, 21 yıl boyunca çok hızlı bir ilerleme oranını korumuştur.
Bu nedenle, kübitlerin uyumsuzluk süresi gelecekte daha da iyileştirilebilir. Aslında, yeni süreçlerin ve yeni malzemelerin mevcut girişimleri henüz darboğaza ulaşmadı. Örneğin, devremizin yüzeyini daha temiz hale getirmek için ultra yüksek vakumlu paketleme kullanabiliriz; örneğin, alt tabakalarımızı daha az kusurlu hale getirebilecek yerinde alt tabaka eritme teknolojisini ve izotop zenginleştirmesini keşfedebiliriz. Silikon gibi süper iletken kuantum çipimizin substratı, substrat olarak silikon 28 izotopunu kullanırsak daha iyi olabilir.
Endüstri, süperiletken kübitlerin eş evreli olma süresinin gelecekte bir milisaniye düzeyine çıkarılabileceğine inanıyor. Milisaniye kavramı nedir? Ticari uygulamalar için, tek bir kübit dört dokuz aslına uygunluk gerektirir ve iki kübit üç dokuzlu gerektirir. Eğer kod çözme süresi bir milisaniyeye ulaşabiliyorsa, o zaman tek bir bit beş dokuz aslına ulaşabilir ve iki bit 49'un sadakatine ulaşın.
Geçmiş geliştirme sürecine bakıldığında çoğu uzman şuna inanıyor: Önümüzdeki 10-15 yıl içinde ticari değeri olan kuantum bilgisayarlar iniş yapabilecek.
Mevcut kuantum bilişim endüstrisi: para yakmak
Toplantıya katılan Dr. Hui Zhang, kuantum hesaplamanın ticarileştirilmesini teşvik etmeye adanmış Çin Bilimler Akademisi Kuantum Bilgi Laboratuvarı'nda inkübe edilen yenilikçi bir kuruluş olan Origin Quantum Computing Technology Co., Ltd.'den geldi.
Zhang, kuantum bilgisayarların hala geleneksel bilgisayarlara eşdeğer bir "tüp" aşamasında olduğuna inanıyor. Sektör lideri Google, IBM, D-wave veya yerli girişimler olsun, şu anda kuantum bilgisayarları araştıran tüm kurumlar, Kuantum bilişim işinden elde edilen gelir 0 , Ve araştırma yatırımı çok büyük, bir dizi temel donanım ekipmanı en az 500-600 milyon yuan'a mal oluyor.
Ancak bu, bu endüstrinin sürdürülemez olduğu anlamına gelmiyor.Aslında, ülkeler kuantum hesaplamanın endüstriyel düzenini çoktan başlattılar ve ilgili destek politikaları birbiri ardına tanıtıldı.Parlak beklentileri de pek çok sosyal yatırımı çekti.
Son yıllarda kuantum hesaplamada kuantum hesaplama + akıllı ulaşım gibi bazı pratik keşif durumları olmuştur.Teoride, birçok rota için optimizasyon algoritmaları üzerinde araştırma yapmak mümkün olmuştur. Google ve Volkswagen, 2019'da zaten kuantum yönlendirme algoritmalarını ve trafik veri yönetimini kullanmışlardır. Gerçekte, mekandan otele giden rotayı optimize etmek için dokuz otobüsü kontrol edin. Elbette pek çok insan dokuz arabanın klasik bilgisayarlar tarafından çözülebileceğini söyleyecektir, ancak önemli olan kuantum hesaplamanın dokuz arabayı çok basit bir modelle kontrol edebilmesidir.Çip biti ne kadar fazlaysa o kadar çok arabanın kontrol edilebileceği kesindir. Geleneksel bilgisayarlar için imkansız olan üstel bir gelişme var.
Kuantum hesaplama + finans, finans alanındaki birçok zorluğu ve sorunu çözebilir. JPMorgan Chase ve IBM, ikinci hızlandırma kuantumunun fiyatını yükseltmek için algoritmayı birlikte inceliyorlar ve bankaların büyük ilgisini çeken birçok başka algoritma var.
Kuantum hesaplama + biyotıp da çok çekici bir yön.Geçmiş dönemde, birçok şirket veya kurum, moleküllerin ve atomların evrimini nasıl simüle edecekleri de dahil olmak üzere tıp ekipleriyle işbirliği yapıyordu. Çinli Quanyuan Quantum Company, karmaşık moleküler yapıları simüle etmek için 2018 yılında dünyanın ilk kuantum kimyası uygulama yazılımını piyasaya sürdü.Gelecekte, karmaşık ilaçların sentezi için deneme yanılma yöntemleri gerekmiyor.Geliştirme süresini kısaltmak için bilgisayar simülasyonları kullanılabilir.
Zhang Hui, Çin'de kuantum hesaplamanın hala keşif aşamasında olduğunu söyledi. Orijinal kuantumu örnek alarak, ana yönü kuantum bilgisayarları gerçekleştirmek için yarı iletken kuantum noktaları kullanmaktır. Bu araştırma herhangi bir sonuç elde etmedi. Şirket şu anda 2 kübitlik bir kuantumu piyasaya sürüyor. Bilgi işlem bulut hizmetleri, ancak bilgi işlem gücü, esas olarak görüntüleme ve tanıtım için sınırlıdır.
Zhang, 2020'de Yuanyuan Kuantum Derneği ve Çin Bilimler Akademisi'nin Çinin ilk kuantum bilgisayarını piyasaya süreceğini açıkladı, bu yaklaşık 20-30 kbit. Bu hala Amerika Birleşik Devletleri'nin 4-5 yıl gerisinde olsa da, kuantum hesaplamanın mevcut gelişme hızına atıfta bulunduğuna inanıyor10 -15 yıl içinde, en azından kuantum bilgisayarların ticari uygulamasını Amerika Birleşik Devletleri ile senkronize edebiliriz.
Çin'in kuantum bilgi disiplininin kurucusu Akademisyen Guo Guangcan'dan bir alıntı ödünç almak gerekirse: Kuantum hesaplama artık bir mağara gibidir ve bu mağaranın bir hazine mi yoksa bir canavar mı olduğunu bilmiyoruz. Ancak Amerika Birleşik Devletleri gibi gelişmiş ülkeler aceleyle bu mağaraya giriyor Çinlilerin girmemesi için bir sebep yok. Ayrıca bu kuantum hesaplamasının yapılıp yapılamayacağını görmek için de cesarete sahip olmalıyız.
Seminer dersi eğitim yazılımı:
https://dl.ccf.org.cn/meeting/loadMeetingDetailById?id=4861100654249984_ack=1
- Bitiş -
Qubit QbitAI · Toutiao İmzalı
Bize dikkat edin ve en son teknolojideki en son gelişmeleri alın
