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  • 三星 A71 5G 将成全球首款 QRNG 芯片手机:量子加密

    三星 A71 5G 将成全球首款 QRNG 芯片手机:量子加密

    北京时间4月23日晚间消息,据国外媒体报道,三星下个月将通过SK电信在韩国推出Galaxy A71 5G手机,这将是世界上第一款采用QRNG(量子随机数发生器)芯片的手机。与非量子密码系统不同,QRNG芯片能够产生真正随机和不可预测的数字。因此,采用该芯片手机的安全性更高。据预计,Galaxy A71 5G使用的QRNG芯片由IDQuantique提供。两年前,SK电信曾对IDQuantique投资6500万美元。报道称,为SK电信定制的Galaxy A71 5G可能更名为“Galaxy Quantum”。在包括美国在内的其他市场,标准版Galaxy A71 5G将于今年夏季推出。

    时间:2020-05-15 关键词: 量子 三星a71

  • 三星发布Galaxy A量子5G手机:全球第一款!

    三星发布Galaxy A量子5G手机:全球第一款!

    今天,三星和SK Telecom在韩国推出了Galaxy A Quantum量子手机,这是全球第一款具有量子随机数发生器(QRNG)芯片组的5G智能手机,并且是SK Telecom网络独占。该手机采用由SK Telecom的瑞士子公司ID Quantique开发的SKT IDQ S2Q000 QRNG芯片组,它通过量子密码技术生成随机数并创建无法预测的安全密钥,从而增强了设备的安全性。 三星Galaxy A Quantum将于明天开始预购。该手机将于5月22日在韩国开始销售。那些预订手机的用户将有资格免费获得Galaxy Buds无线耳机。 三星 Galaxy A Quantum配备6.7英寸Super AMOLED Infinity-O显示屏,具有Full HD +分辨率和显示屏指纹识别器,背面具有四摄像头设置,包括64MP主摄像头,12MP超广角摄像头,5MP微距摄像头和5MP深度传感器。智能手机的正面配有32MP自拍摄像头。 这款手机运行基于Android 10的One UI 2.0系统。三星 Galaxy A Quantum配备了Exynos 980处理器,8GB 内存,128GB存储空间和microSD卡插槽,其连接功能包括GPS,5G,LTE,Wi-Fi ac,蓝牙5.0,NFC,USB-C型端口和3.5毫米耳机插孔,配备了4500mAh电池,支持25W快速充电。 三星 Galaxy A Quantum配备了Samsung Pay和QRNG芯片组,该手机将提供黑色,蓝色和银色版本。 Galaxy A Quantum如何使用QRNG芯片组? 获悉,SKT IDQ S2Q00是世界上最小的QRNG芯片组(2.5mm x 2.5mm),使用LED和CMOS图像传感器,可创建具有不可预测模式的真正随机数。CMOS图像传感器用于捕获量子随机性发光二极管发出的图像噪声。 QRNG芯片组增强了各种应用程序的安全性,例如SK Pay,T ID登录和Initial.T ID用于登录各种在线服务,包括11th Street,FLO,T Map,T membership,Wavve,Who等,该服务已被超过1900万客户使用。 Initial是一项区块链移动电子认证服务,可用于颁发和提交各种个人认证,而无需复制真实的个人认证。SK Telecom计划在未来扩展QRNG芯片组的使用并增强安全性,以提供更多服务。 据悉,三星Galaxy A Quantum是更名后的Galaxy A71 5G,售价为649000韩元(约合人民币3751元)。

    时间:2020-05-14 关键词: 三星 芯片 量子

  • 中国科学突破!”墨子号”首次实现量子安全时间传递

    中国科学突破!”墨子号”首次实现量子安全时间传递

    近年来,时间传递的安全性得到了广泛关注。各种网络系统,如计算机网络、金融、电力能源网络等,都需要统一的时间基准。5月12日,从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟及其同事彭承志、徐飞虎等利用“墨子号”量子科学实验卫星,在国际上首次实现量子安全时间传递的原理性实验验证,为未来构建安全的卫星导航系统奠定了基础。该成果于5月11日在线发表在国际学术期刊《自然·物理》上。 基于量子不可克隆原理,以单光子量子态为载体的时间传递技术可以从根本上保证信号传输过程的安全性。潘建伟团队首次提出了基于双向自由空间量子密钥分发技术的量子安全时间同步方案。在该方案中,单光子量子态同时作为时间传递和密钥分发的信号载体,进行时间同步和密钥生成。这个过程所生成的密钥用来加密经典时间数据,从而确保时间数据的安全传输。 基于“墨子号”量子科学实验卫星,潘建伟团队突破了星地单光子时间传递、高速率星地双向异步激光时间应答器等关键技术,实现了星地量子安全时间同步的技术验证,获得了30ps精度的星地时间传递,达到了星地激光时间传递的国际先进水平。 审稿人高度评价:“在空间量子实验领域又一次超越了现有技术水平……对于量子技术的实用化至关重要。”该研究成果将极大地推动量子精密测量相关领域的研究和应用。 高精度时间传递是导航、定位等应用的核心技术。目前广泛采用的时间传递技术主要包括卫星导航定位、光纤网络等时间传递方案。然而,当前广泛使用的时间传递技术面临着数据篡改、信号欺骗等各种攻击的潜在风险。

    时间:2020-05-14 关键词: 量子 墨子 安全时间

  • 因天线爆炸:诺奖得主58年前的量子谜题破解

    因天线爆炸:诺奖得主58年前的量子谜题破解

    58 年后,核磁共振先驱的设想终于得到了印证。 当地时间 2020 年 3 月 11 日,《自然》杂志(Nature)刊登了澳大利亚新南威尔士大学(The University of New South Wales,UNSW)量子工程科学教授 Andrea Morello 团队一篇名为 Coherent electrical control of a single high-spin nucleus in silicon(硅中单个高自旋核的相干电控制)的论文。 雷锋网了解到,一次实验中的失误意外地帮助该研究团队动摇了核磁共振的范式(雷锋网注:指常规科学赖以运作的理论基础和实践规范,是从事某一科学的研究者群体共同遵从的世界观和行为方式),实现量子计算机和传感器方面的突破。 核磁共振的范式被动摇 上述论文中提到了一个“核自旋”的概念。 我们常说的化学元素是指具有一定核电荷数的原子,原子由原子核和绕核运动的电子组成。所谓核自旋,即原子核自旋角动量,其实是原子核的一个特性—;—;原子核由质子和中子组成,质子和中子都有各自确定的自旋角动量,它们在核内还有轨道运动,相应地有轨道角动量,所有这些角动量的总和就是原子核的自旋角动量。 实际上,核自旋通过磁共振的控制和检测被广泛地利用在各领域,如化学、医学、材料科学和采矿。同时,核自旋也出现在早期的固态量子计算机提案及量子搜索和分解算法的演示中。 雷锋网了解到,具有不同磁性的物质在一定条件下可能出现不同的磁共振,如铁磁共振、亚铁磁共振、反铁磁共振、核磁共振等等。 「核磁共振」想必大部分人都听说过,如今在医学上核磁共振成像已成为一种常见的影像检查方式。实际上,核磁共振技术对于很多领域而言都非常有效,但与此同时,对某些特定领域的应用而言,它还是存在局限性。 基于此,核磁共振先驱、诺贝尔物理学奖得主 Nicolaas Bloembergen 于 1961 年首次提出了只用电场控制单个原子核的设想。半世纪以来,这一设想始终未得到印证,直到最近 Andrea Morello 团队宣布发现了“核电共振”。 实际上,这一发现动摇了核磁共振的范式—;—;这是因为磁场的产生需要大线圈、大电流,它们的效应范围很广,很难把磁场限制在非常小的空间里;而电场可产生于一个微小电极的尖端,能在远离电极尖端的位置急剧下降。正如 Andrea Morello 教授所说: 磁共振就像抬起整个台球桌并晃动,从而移动桌上的一个球。电共振的突破就像拥有了一根台球棒,精准击球。 实验室天线爆炸是成功的关键 就研究的初衷而言,Andrea Morello 教授表示: 半个多世纪以来,核电共振领域几乎处于休眠状态。20 年来,我一直在研究自旋共振,其实我们的这次发现也完全是偶然。 据 UNSW 官网介绍,研究团队起初是在锑(Sb,该元素具有很大的核自旋)原子上进行核磁共振。该论文作者之一 Serwan Asaad 博士解释说: 我们最初的目标是探索由核自旋的混沌行为所决定的量子世界和经典世界之间的边界,纯粹是好奇心驱动,没有考虑到应用。但原子核的反应很奇怪,在某些频率没有反应,但在其他频率上反应强烈。 这无疑让研究团队陷入了困惑,直到研究团队意识到他们是在做电共振,而非磁共振。 因此,科研人员制造了一个由锑原子和特殊天线组成的装置,经过优化,装置产生高频磁场来控制原子核。据悉,该实验要求很强的磁场,因此研究人员给天线输入了很大的功率,于是天线爆炸。 雷锋网了解到,如果研究团队的实验中使用的是磷一类的较小原子核,那么天线被炸毁,就意味着设备无法使用、游戏结束。 但这一“失败”,恰好是成功的关键—;—;由于使用了锑核,天线被毁之后产生了一个强电场,研究人员由此发现了核电共振。 为硅量子计算机铺路 在证明了电场控制原子核的能力之后,研究人员利用微观理论模型,来理解电场如何精确地影响原子核的自旋。 具体来讲,上述模型揭示了核电四极相互作用的纯电调制如何导致由于晶格应变而唯一可寻址的相干核自旋跃迁。自旋去相位(雷锋网注:指把相干信号迅速打散,使得不想要的残余信号迅速衰减,从而减少对后面的有用信号的影响)时间(0.1 秒)比通过需要耦合电子自旋来实现电驱动的方法获得的时间长几个数量级。 上述结果表明,利用全电控制,高自旋四极核可以作为混沌模型、应变传感器,以及自旋-机械混合量子系统。将电力可控核与量子点集成,可以为可伸缩的、基于核和电子自旋的硅量子计算机铺路,保证其在不需要振荡磁场的情况下工作。 基于此,研究团队发现核电共振是一种真正的局部微观现象—;—;电场使原子核周围的原子键(雷锋网(公众号:雷锋网)注:一般指由两个原子通过共用电子对而产生的一种化学键)重新定向。 Andrea Morello 教授也表示: 这一发现意味着现在有了一条利用单原子自旋来构建量子计算机的途径,不需要任何振荡磁场来运行它们。此外,用这些原子核作为精确的电场和磁场传感器,可以回答量子科学中的基本问题。 在该论文中,研究团队也详细演示了使用在硅纳米电子器件内产生的局部电场对单个锑核的相干量子控制。 【利用纳米尺度的电极局部控制硅片内的单个锑原子核的量子态,图源 UNSW 官网】 值得一提的是,Andrea Morello 不仅是新南威尔士大学量子工程科学教授,也是悉尼一家依托于新南威尔士大学的量子计算和通信先进技术中心的项目经理,并于 2017 年 8 月成立了澳大利亚第一家量子计算公司 Silicon Quantum Computing Pty Ltd,旨在推动量子计算机的发展,并实现商业化。 2017 年 9 月,Andrea Morello 团队发明了一种基于“自旋翻转型量子比特”的量子计算机结构,这一发明也使得大规模制造量子芯片的成本和难度大幅降低,并在学术顶刊《自然.通讯》(Nature Communications)发表相关论文。 Andrea Morello 教授等人也曾表示: 我们计划到 2022 年研制出一个 10 量子比特的基于硅基集成电路的芯片,这将是向世界上第一台硅量子计算机迈出的第一步。

    时间:2020-04-30 关键词: 诺贝尔 物理 量子

  • 新光源?物理学家发现超越黑体辐射极限的材料

    新光源?物理学家发现超越黑体辐射极限的材料

    自19世纪末以来,我们知道所有材料在加热时都会发出可预测波长范围内的光。 据外媒报道,近日美国伦斯勒理工学院的物理学家Shawn-Yu Lin在《自然科学报告》期刊上发表了一篇新论文称,科学家现在发现一种材料,它受热的发光强度似乎超越了黑体辐射极限。 19世纪初,德国物理学家马克斯‧普朗克曾使用数学方法描述辐射定律,并假设能量只能以离散值存在,进而进入量子时代,马克斯也被冠为量子力学创始人。 按照普朗克定律,宇宙中没有任何物体可以发出比黑体更多的辐射。 黑体是一个理想化物体,它能够吸收外来的全部电磁辐射,并且不会有任何的反射与透射,随着温度上升,黑体所辐射出来的电磁波与光线称做黑体辐射。 Shawn-Yu Lin发现,有一种新材料违反了普朗克定律局限,为基于钨的三维光子晶体(结构与金刚石晶体类似),当加热至600K时,其发光强度是黑体基准的8倍,材料结构显示出约 1.7μm 的辐射峰值。 新材料能发出类似由激光或发光二极管(LED)产生的同调光,但并不需要复杂昂贵的半导体结构。 Shawn-Yu Lin表示,事实上这没有违反普朗克定律,只是产生热量的一种新方法,虽然理论无法完全解释这种现象,但科学家假设光子晶体各层之间的偏移允许光从晶体内部空间射出,发出的光在晶体结构内来回反弹从而改变了光的性能,行为几乎就像人造雷射材料。 科学家表示,这种新材料可用于能量收集、军事用红外物体追踪识别、大气化学光谱学研究、激光等领域。

    时间:2020-04-27 关键词: 美国 发光 量子 普朗克 黑体

  • 未来手机将配置量子点图像传感器

    未来手机将配置量子点图像传感器

    前段时间,有两位科学家在IEEE上发布了关于量子点图像传感器的文章。他们表示,量子点图像传感器与CMOS图像传感器相比具有一系列的优点。在未来,量子点图像传感器很可能取代CMOS图像传感器。 虽然目前量子点成像还面临稳定性较差、效率较低、一致性难以保证等问题,但全球许多科技企业都致力于实现量子点成像的商业化。据外媒报道,苹果在2017年就曾收购过一家致力于制造量子点相机以用于智能手机的公司InVisage。 一、强光弱光通吃,成本更低 从2000年起,CMOS图像传感器逐渐走向商业化,这也导致数码相机的体积越来越小,价格越来越便宜。现在,手机至少都配备了两个摄像头,除了专业摄影师,一般很少有人还要带上相机出门。大部分人都觉得手机拍出的相片已经足够好了。 但是目前在强光环境下,手机拍摄的照片会丢失许多细节,而在弱光环境下,图像的噪点也会非常明显,并且解析度不够。并且手机的成像色彩也不会跟专业相机一样丰富。而这一切都与手机使用的CMOS图像传感器有关。 现在成像技术领域又将会迎来一场革命——量子点传感器。量子点是一种纳米级的半导体材料颗粒,也可以用作图像传感器中的光线吸收材料。 一般来说,半导体材料吸收光时,会从化学键中释放出电子,并且该电子会处于一种自由漫游的状态。然后传感器会捕捉这些电子并生成图像信号,通过一系列复杂的处理,最终让你看到照片。 同样,量子点也会吸收光线并释放电子,但不同的是,它所释放的电子却不那么容易漫游。因为量子点的直径只有几纳米,所以就会在内部产生一种量子约束(quantum confinement)效应,因为这种效应,释放的电子就会更不容易“逃走”。这也是量子点比较特殊的性质之一。 对于成像来说,量子点最有用的属性是其吸收的光是可调的。只需要只需选择合适的材料和合适的粒径大小,就可以将量子点可吸收的光调整为可见光和红外光谱中的任何波长。直径约10纳米量子点可以吸收紫外线、蓝光和绿光,并且可以发出红光。而3纳米的硒化镉量子点可以吸收紫外线和蓝光并发出绿光。 这种可调性也可以逆向生效,也就是可以人为控制电子与量子点复合时所发出的光的颜色。近年来,正是量子点这种发光可调性激发了电视和显示器厂商使用量子点来改善色彩的表现力,造就了我们能看到的量子电视和QLED面板。 除可调性外,量子点还有一些优点。比如,较小的尺寸可以使量子点掺入可印刷的墨水中,从而使量子点非常易于制造。另外,量子点可以比硅更有效地吸收光,这就让图像传感器的尺寸可以变得更薄。最后,量子点成像的动态范围非常广,无论是强光还是弱光都可以良好的成像。 二、红外成像领域前景广阔 就像上面图中所展示的,量子点相机还有具有一个巨大的潜力,就是可以将红外摄影技术带入大众电子消费产品中,因为它们的可调性能够扩展到红外波长。 传统的红外摄像机使用例如硒化铅、锑化铟或砷化铟镓这样的半导体材料来吸收硅所不能吸收的光。由这些材料制成的像素阵列必须与用于测量电流并生成图像的硅CMOS电路分开制造,然后再通过金属对金属的方式进行单个像素点级别的连接。 这个工艺非常复杂,也因此限制了像素阵列大小、单像素大小和传感器分辨率。另外,由于一次只能完成一个摄像头芯片的制造,这种制造工艺的产能是非常低的。 但量子点却可以使用廉价的大规模化学处理技术合成,跟传统材料一样。而且工厂还可以在硅电路完成后,直接把量子点喷涂到芯片上,非常快速、高效。这样一来,同样的面积上还可以容纳更多的像素点,也就可以让红外摄像机的尺寸进一步缩小,并降低成本。 三、量子点成像依然存在三大挑战 上述种种优势让量子点看起来像是一种完美的成像技术,但其实目前还存在许多挑战。量子点成像在当下主要的障碍是稳定性较差、效率较低、一致性难以保证。 1、稳定性 首先,量子点会在空气中氧化,从而导致传感器的性能发生变化,比如灵敏度降低、噪点增强、响应时间变慢甚至短路。在电视厂商那里,量子点不需要直接接触电路,因此可以通过用聚合物包围量子点的方式防止其暴露在空气中。 但在图像传感器中,量子点要用于光的检测,就必须要实现电子的自由迁移,要与电路进行接触。所以在保护量子点不受空气氧化的同时,实现电子迁移是目前探索的方向之一,但这是一项非常艰巨的任务,许多研究人员都在朝着这个目标努力。 另外,目前用于维持量子点稳定的有机活性剂,会导致电子不易通过量子点膜转移到收集信号的电极上,因此采用什么材料制成活性剂也是要解决的一个难题。 2、效率 量子点传感器在光子检测效率方面也存在问题。量子点尺寸小、表面积大的特性会导致部分光线射入后生成的电子在到达电极之前,又与量子点重新结合。发生这种情况时,电路永远不会检测到光子,从而减少了最终到达相机处理器的信号。 传统的CMOS传感器中,光子检测的效率一般在50%以上,而量子点传感器的效率通常不足20%,差距比较明显。目前量子点材料和器件设计正在逐步改善,检测效率也在不断提高。 3、一致性 由于目前厂商普遍使用化学工艺制造量子点,因此其尺寸存在一些固有的变化。并且由于量子点的光学特性受尺寸的影响比较明显,所以任何偏差都将导致吸收的光的颜色发生变化。 厂商必须小心地控制制造过程,尽量缩小偏差。在这方面具有丰富经验的巨头公司在保持一致性方面已经做的非常出色,但是较小的厂商通常很难生产出一致的产品。

    时间:2020-03-22 关键词: 电子 传感器 量子

  • 量子计算软件走向主流:谷歌开源TFQ

    量子计算软件走向主流:谷歌开源TFQ

    在实验室研究外,量子计算软件也在逐渐走向主流。3月9日,提出量子霸权的科技公司谷歌在官方博客上宣布,将联合滑铁卢大学、X公司(前身为谷歌X实验室)以及大众汽车集团,免费开源自己的量子机器学习软件TensorFlow Quantum(TFQ)。开源后,这套工具将有利于研究员更容易地开发量子机器学习应用。 机器学习在过去几年里有了飞速发展,促进了人类在癌症检测、图像处理、地震预测、极端天气预测和新系外行星探测方面的进步。但是如果你想模拟自然,最好的方法是遵循量子力学原理。因此许多大学、实验室甚至是科技公司开始结合量子力学和机器学习两个领域,尝试开发量子机器学习程序来模拟自然界的各类问题。 可惜迄今为止,我们仍缺少研究工具,来构建可用的量子机器学习模型,并让模型在可用的量子计算机上处理量子数据。未来,这种情况可能会发生改变。 TFQ  说到TFQ,它是谷歌的TensorFlow工具包的一个附件,是一个用于快速构建量子机器学习模型的开源库,可以为开发者提供必要的工具,把量子计算和机器学习研究领域结合起来,控制和模拟自然或人工量子系统。例如有 50 - 100 个量子位的嘈杂中型量子 (NISQ) 处理器。TensorFlow是简化的深度神经网络,可提供重复使用的代码,从而使新的机器学习应用不必从头开始编写代码,这让机器学习模型更易于应用。 自2015年推出以来,它已极大地推动了机器学习的发展。 TFQ实现过程演示  具体来说,TFQ可以让开发者编写量子应用程序,而不用考虑运行量子应用程序的硬件问题。谷歌开发了一个转化器,可以让开发者在实际的量子计算机和经典计算机之间进行切换。这意味着,开发者可以先在经典计算机上模拟调试量子应用程序,然后再尝试在完整的量子计算设备上运行程序。 TFQ项目负责人Masoud Mohseni希望开发人员使用这套工具发现更多新的量子机器学习算法。Mohseni认为,由于自然现象遵循量子规则,如果机器学习模型要准确地反映世界,那么它们也必须是量子的。 谷歌在博客中写道,随着量子计算的发展,新的量子学习模型可能会对世界上最大的问题产生深远的影响,从而在医学,材料,传感和通信领域取得突破。谷歌希望TFQ能做到这一点。 当下,量子机器学习还是一个新兴领域,但TFQ并不是该领域的第一个工具包。加拿大量子计算初创公司Xanadu也提供了一个类似的平台,称为Pennylane。 Xanadu研究人员内森·基洛兰认为,谷歌开放TFQ是件大事。他指出,开发人员围绕着TensorFlow等知名工具建立社区,共享代码和想法,可以促进创新,机器学习技术也会因此变得更好。

    时间:2020-03-10 关键词: 谷歌 开源 量子 机器学习

  • “量子霸权”难实现:很难造出真正有用的量子计算机

    北京时间1月7日消息,据国外媒体报道,谷歌曾在2019年秋天宣布,其量子计算机的计算速度远远超过了目前最顶尖的超级计算机,可见“量子霸权”已经实现,而IBM公司迅速表示反对,称自己的经典超级计算机不仅计算速度与谷歌的量子计算机差不多,而且真实性秒杀谷歌,因此人们应该用“怀疑的眼光”看待谷歌此次发布的声明。 量子计算已经不是第一次遭到质疑了。去年,法国蒙彼利埃大学的理论物理学家米切尔·达亚科诺夫(Michel Dyakonov)就在电子与计算机工程的旗舰期刊IEEE Spectrum上发表了一篇文章,从技术角度出发,就“我们为何永远也不可能造出实用的量子超级计算机”列出了一系列理由。本文作者、俄克拉荷马州立大学量子计算专家萨布哈什·卡克( Subhash Kak)也认为,由于硬件的随机误差难以避免,的确很难造出真正有用的量子计算机。   何为量子计算机? 要想理解为什么,首先要弄清量子计算机的工作原理,因为其原理与经典计算机有着本质上的区别。 经典计算机利用无数个0和1来储存数据,这些数字可以代表某个回路上不同点位处的电压,但量子计算机使用的是量子比特,可以将它们想象成一系列具有振幅和相位的波。 量子比特的性质非常特殊,它们可以以叠加态存在,即同一时间既可能是0、也可能是1;量子比特还会相互纠缠,即使之间相隔甚远,也能共享相同的物理性质。这种行为在经典物理学的世界中是不存在的,一旦实验者试图与量子态进行互动,这种叠加态就会立刻消失。 由于叠加态的存在,一台拥有100个量子比特的量子计算机可以同时给出2100种解法。在解决特定问题时(如代码破解类问题),这种指数级别的并行计算无疑有着巨大的速度优势。 此外还有另一种量子计算方法,名叫“量子退火”,指利用量子比特加速解决优化类问题。加拿大的D-Wave Systems公司就打造了一系列采用量子比特的优化系统,但有批评家指出,这些系统的性能并不比经典计算机出色。 尽管如此,多家公司和国家政府仍然在量子计算领域投入了大量资金。欧盟制定了一项耗资11亿美元的量子项目总计划,美国的国家量子倡议法案提供了12亿美元资金,用于在五年时间内推动量子信息科学的发展。 破解加密算法是许多国家研究量子技术的有力动机,假如能成功掌握这门技术,就会在情报方面获得巨大优势,除此之外,这些投资有力推动了基础物理学的研究。 许多公司都在尽全力打造量子计算机,包括因特尔、微软、IBM等等。这些公司正在研制模拟经典计算机电路模型的硬件。然而,目前的实验性系统只有不到100个量子比特,而要想真正具备计算能力,计算机必须要有数十万个量子比特才行。   噪声与错误纠正 量子算法背后的数学原理已经很清楚了,但技术方面仍存在巨大挑战。 计算机要想正常运行,就必须能随时纠正随机出现的小错误。在量子计算机中,这些错误可能来自有问题的电路元件、或者量子比特与周围环境之间的相互作用。一旦出现这些问题,量子比特之间的相干性就会迅速消失,因此计算时间必须比这段时间更短才行,而如果这些随机错误没有得到纠正,量子计算机的计算结果就毫无价值可言了。 在经典计算机中,小规模噪声可以利用所谓的“阈值”概念来纠正,类似于数字的四舍五入。以整数的传输为例,假设已知误差值小于0.5,如果接收到的数字为3.45,就会被自动纠正为3。 更严重的噪声可以通过引入“冗余”来纠正。假设将0和1以000和111的形式传输,传输过程中就最多只有1个比特会出错,这样一来,假如接收到的数字是001,就会被自动纠正为0;而假如接收到了101,就会被纠正为1。 量子纠错码是经典计算机纠错码的泛化版,但两者之间有着关键区别。首先,未知的量子比特不能被复制,因此不能应用冗余纠错法。其次,在纠错码引入前输入的数据中存在的错误无法被纠正。  量子加密 尽管噪声问题是量子计算机面临的重大挑战,但对于量子加密来说并非如此。因为在量子加密技术中,各个量子比特之间并没有相干性,而单个量子比特与外界环境之间可以长时间保持隔绝。利用量子加密技术,两名用户可以交换所谓的“密钥”(通常是一串很长的数字),密钥就像一把保护数据的钥匙,并且这套密钥交换系统没有任何人可以破解。这类密钥交换系统可用于卫星与海军军舰之间的加密沟通。不过,在交换密钥之后使用的真正加密算法仍属于经典算法,因此从理论上来说,加密级别并不会高于经典加密方法。 量子加密技术已经被用在了少数大额银行交易中,但由于交易双方必须通过经典协议进行身份认证,而这是整根链条中最薄弱的一环,因此整个加密系统的强度与现有系统并没有太大区别。银行仍在使用以经典加密方法为基础的身份认证流程,而这套流程本身也可以用于密钥交换,并不会损失系统的整体安全性。 因此,量子加密技术要想获得远胜于现有技术的安全性,就必须将重点转移到量子信息传输上。  商业规模量子计算面临的挑战 假如能解决量子信息传输的问题,量子加密技术还是很有前景的,但量子计算则不一定。纠错能力对普通的多功能计算机而言已经如此重要,对量子计算机来说更是一项巨大挑战,因此,要想打造出商业规模的量子计算机,只怕是难如登天。(叶子)

    时间:2020-01-23 关键词: 芯片 计算机 量子 量子计算机

  • 中美领先的这一领域中,日本欲卷土重来?

    中美领先的这一领域中,日本欲卷土重来?

     1月13日报道 日媒称,以量子计算机为代表,量子技术这一新科技正在带来创新。“量子计算机”、“量子传感器”、“量子密码通信”,最先掌握这些技术的国家可能在产业竞争力和安全保障方面占据优势。近年来中美将量子技术作为国家战略,已开始投入巨额资金开发。阿里巴巴、谷歌等中美代表性IT企业也在量子计算机开发方面展开激烈竞争。欧盟也启动了为期10年的大规模研发计划。 中美领先 据《日本经济新闻》网站1月10日报道,形成人类身体和身边物质的是各种原子。而原子则是由电子、质子和中子组成。以这种微观世界作为对象的物理法则被称为量子力学。量子力学在19世纪末至20世纪初出现,为半导体技术的发展等作出贡献。如今,人类正在迎来被称为“第二次量子革命”的变革期。 日本何去何从? 报道称,日本原来在量子计算机的基础研究方面领先世界,量子传感器和量子密码通信的技术水平也很高。但在迈向实用化和产业化方面,日本落后于中美等国。为了卷土重来,日本政府专家会议2019年归纳了“量子技术创新战略”方案,企业、政府和高校携手全面推进量子技术的开发。 报道还透露日本将大幅增加2020年以后的相关预算,5年设置5处以上核心研发基地,力争10年内打造10家以上创新企业。量子技术的应用有望在10至20年里以各种形式取得进展,日本将瞄准一些技术和领域开拓市场。这一战略的成败将影响未来竞争力。 人才是关键 报道认为上述问题的关键是年轻一代人才。东京基础研究所小林有里表示,“能充分利用量子计算机潜力的人才仍然缺乏”。 2019年谷歌宣布实现“量子霸权”,即量子计算机解答出了此前计算机很难解答的问题,相关人士的关注焦点已转向“利用量子计算机能实际干什么”。IBM于2019年11月在日本山梨县举行了“编程马拉松”,从全世界召集120名年轻人,利用IBM量子计算机展开竞赛。 报道指出,在日本政府的战略之中,也把确保人才定为重点课题之一。除了在大学开设量子技术相关讲座和专业等之外,还要从高中时期开始,让年轻人掌握高端知识和技能,以培育“量子原生代”。 报道称,在完善与世界竞争的体制方面,2020年对日本来说将是称得上“量子技术元年”的一年。日本已在人工智能和导入“5G”方面落后,今后若要参与世界竞争,培育被称为“量子原生代”的年轻人才成为关键。

    时间:2020-01-13 关键词: AI 量子 5G

  • 英特尔发布Horse Ridge芯片:22nm工艺 能够控制多个量子位

    英特尔发布Horse Ridge芯片:22nm工艺 能够控制多个量子位

    12月10日消息 根据英特尔官方的消息,英特尔研究院发布了代号为“Horse Ridge”的首款低温控制芯片,实现了对多个量子位的控制。 英特尔表示,Horse Ridge基于英特尔22纳米FinFET技术,英特尔与QuTech(由荷兰代尔夫特理工大学与荷兰国家应用科学院联合创立)共同开发了Horse Ridge。控制芯片的制造在英特尔内部完成,官方称它将极大地提高英特尔在设计、测试和优化商业上可行的量子计算机的能力。 英特尔在新闻稿中表示,通过Horse Ridge,英特尔从根本上简化了运行量子系统所需的控制电子设备。通过用高度集成的系统芯片(SoC)来代替这些庞大的仪器,将简化系统设计,并允许使用复杂的信号处理技术来加快设置时间、改善量子位性能,并使系统能够高效扩展到更多的量子位。 Horse Ridge是高度集成的混合信号系统芯片,它将量子位控制引入量子冰箱中,以尽可能靠近量子位本身。 Horse Ridge有效地降低了量子控制工程的复杂性,从进出冰箱的数百根电缆简化到在量子设备附近运行的单个一体化套件。

    时间:2019-12-30 关键词: Intel 芯片 量子 量子计算机 ridge horse

  • 谷歌科学家利用量子计算机研究虫洞

    北京时间12月4日消息,谷歌的研究人员正在研究如何在实验室中探索一些只存在于理论上的奇特物理现象,比如连接两个黑洞的虫洞。 时至今日,推动理论物理学发展的一个核心问题是,如何用同一个理论来解释引力和量子力学—;—;原子等微观粒子遵循的规则。由于引力是一种极其微弱的力,所以用今天的技术,在最小的尺度上探测引力实际上是不可能的。但理论工作已经暗示,“量子引力”可能会出现在特定的量子系统中,甚至有朝一日可以在实验室里制造出来。谷歌的物理学家就提出了这样一个实验,假定一个在物理实验室中可再造的量子态,可以解释为在两个黑洞之间的虫洞里穿越的信息。 研究作者在预印本网站arXiv上发表的论文中写道:“由此,对这种情况的实验研究为更深入地理解量子引力提供了一个途径。” 引力似乎就是无法与量子力学调和,而理论物理学家也一直在努力将这两个概念串在一起。但是在某些地方,某些时候,这两个概念必须同时存在,比如在黑洞表面或黑洞内部,以及在大爆炸的那一刻。弦理论是将二者联系起来的最流行的理论之一,它用在高维空间中振动的微小弦代替亚原子粒子。弦理论存在于远小于粒子加速器探测范围的尺度上,因此很难进行检测。然而,在20多年前,有科学家提出了名为“AdS/CFT对偶”的猜想,这个理论本质上是说,你可以将这个高维世界中的高维引力,理解为由量子力学粒子产生的全息图。因此,谷歌公司、加州理工学院、马里兰大学和阿姆斯特丹大学的物理学家研究团队认为,研究极端的量子行为或许将为弦理论的存在提供更有力的证据。也许量子计算机可以制造出能探测到弦理论的行为,或者类似虫洞的现象。 近十年来最重要的物理学进展之一,便是控制和操纵量子态的机器的发展,我们称之为量子计算机和量子模拟器。最小的物体,比如绕原子运动的电子,只能具有特定的属性值,但是当你不观察它们时,它们又可以同时具有不同的属性值(当你再次进行测量时,它们又会回到只有一个属性值的状态)。两个或两个以上的粒子也可能纠缠在一起,意味着它们和它们的性质必须被描述为一个单一的数学对象,即使你把原子在空间中分开。 谷歌研究人员的提议是,用两组相连的量子位(量子计算机的人工“原子”)来创建一个回路,并将其分成左、右两个群组。输入能量的脉冲在数学上相当于让量子位的状态随时间向后演化,而另一个脉冲则通过特定的方式改变左侧原子的量子态,从而编码“信息”。于是,这另一个脉冲就起到了加速量子位行为的作用。对于黑洞的类比而言,这种设定至关重要,因为在数学上,量子位之间信息的打乱就类似于粒子的属性信息在进入黑洞时被打乱,并可能丢失。一旦信息被打乱,左侧的每个量子位就会与右侧的镜像量子位纠缠在一起。最后,经过一段时间后,信息会神秘地在右侧的量子位重新出现,而不需要任何解码。 研究作者在论文中写道:“这条信息(传递到系统另一端)的方式一点也不明显,而最令人惊讶的事实是,最简单的解释存在于黑洞的物理学中。”研究人员认为,从本质上,系统中量子位群组之间的信息传递类似于一条信息进入黑洞,穿过虫洞,然后从第二个黑洞中出现。然后,研究人员引入了一个数学框架来说明整个过程,以及它是如何与一个不会坍塌的可穿越虫洞的进行类比的。 根据这篇论文的描述,物理学家有可能在实验室中实现这一系统。一种可能的装置是由原子的电子阵列组成,电子要么处于最低能量状态,要么处于能量极高的“里德伯”状态(Rydberg state),由激光脉冲控制。另一种装置由被捕获的带电离子阵列构成。也许有一天,这其中的某个装置就能实现由谷歌提出的实验。 简单来说,科学家认为他们可以通过量子计算机,在数学上模拟信息通过虫洞在两个黑洞之间的传递。显然,地球上不可能产生虫洞,因此这只是一个模型,和其他模拟系统一样,只是因为该实验的数学描述看起来就像某个描述空间的理论。当然,这并不意味着该理论就一定是正确的。这些模型只是为了提出更强有力的数学证据,证明某个理论可能是正确的。 这项工作建立在量子信息随时间推移而打乱,以及这种打乱与黑洞之间的联系之上。尽管如此,它还是让物理学家兴奋不已。不久前,数十名物理学家在谷歌X会议上讨论了量子技术如何为量子引力研究人员所用。“听到这个实验的时候,真的非常激动人心,”纪尧姆·弗登(Guillaume Verdon)说,“研究量子引力将我带入了量子计算的梦想。” 参与这项研究的马里兰大学物理学教授克里斯托弗·门罗(Christopher Monroe)表示,论文中描述的这种量子计算机即将问世,它可以创造出模拟虫洞的热场双态量子位。他自己的团队正在研究捕获离子的量子计算机,他希望能够尽快使其成为一个平台,在上面创建测试这些想法所需的量子态。他说:“像这样的论文激励着我们,并推动我们在大学、公司和政府实验室里建立这些(模型)。”(任天)

    时间:2019-12-25 关键词: 科学家 谷歌 量子

  • 谷歌低调宣称“量子霸权”遭打脸 人类离量子时代还有多远?

    1903年12月17日,在北卡罗来纳州的基蒂霍克,奥维尔·莱特驾驶着他和兄弟威尔伯一起建造的飞行器飞行。12秒后,奥维尔经历了一次颠簸的着陆,他的旅程结束了,而飞机时代就此开启。 但对于当时的报纸读者来说,他们可能都没意识到发生了什么历史性事件。一篇关于莱特兄弟的文章被广泛转载,标题谨慎地写着“看来是一次成功”,并表示这个消息“令人兴奋”,但文章并未将奥维尔的短暂飞行视为人类具有里程碑意义的时刻。甚至几年后,另一个故事将莱特兄弟描述为“迄今为止最成功的飞行器的发明者”。 说到这儿,我不禁联想到了谷歌在今年10月受到的近乎冷淡的对待,当时谷歌发表了一篇研究论文,称其在加州Goleta的研究团队使用了实验性量子计算机,其处理器被称为“ Sycamore”,可以在200秒执行一个随机数生成工作。据其称,即使是如今最快的传统超级计算机也需要1万年才能完成上述工作。 谷歌的科学家们宣称,他们已经取得了“量子霸权”,建立了一个量子系统,能够完成传统计算机根本无法完成的任务—;—;除非你愿意为了一个结果等上一万年。多年来,量子观察家们一直在等待这样一个时刻的到来,他们在谈论这个时刻时,往往会提到莱特兄弟。 但是当谷歌在正式宣布它的成就时(该消息在一个月前泄露),它的量子计算竞争对手IBM已经宣称量子霸权时刻还没有到来。该公司表示,安装在橡树岭国家实验室的最先进的200-petaflop IBM超级计算机可以在两天半内执行谷歌的基准任务。这远不及Sycamore的速度快,但也足以成为一个合理的选择。 对于大部分人来说,裁定谷歌和IBM的意见分歧,是一项不切实际的任务。但是,量子霸权的理念,以及它如何与过去技术进步的决定性时刻相对应,还是值得思考的。 这里需要考虑到一些技术细节。 从1956年的UNIVAC 1到你口袋里的智能手机,再到今天最强大的超级计算机,“传统计算机”囊括了一切基于传统的1和0的数字运算。相比之下,量子计算机利用完全不同的概念、物理和技术,其基本构件是一个量子比特或量子位—;—;它可以表示1、0或同时表示两者。这使它们有潜力以传统计算机无法匹敌的速度执行艰巨的计算任务。 即使你认同IBM的立场,即它的超级计算机本可以在两天半内完成谷歌的基准测试,而不是用一万年的时间,但谷歌的Sycamore仅用200秒就完成了测试,这一事实应该会激发你对量子计算潜力的兴趣。 但“量子霸权”这个词本身就具有一种划时代的终局性,仿佛它的实现将立即迎来传统计算机的末日。谷歌在圣巴巴拉的实验,即使从最有利的角度来判断,也没有做到这一点。正如IBM的反驳所指出的那样,未来更有可能涉及到传统计算机和量子计算机的协同工作。 “量子霸权”一词最初由加州理工学院的教授John Preskill创造并解释,Preskill教授在2012年发表的论文中表示,量子霸权不是一个拐点,而是一个新时代的钥匙。 在谷歌、IBM和其他地方进行的量子计算机研究的全部目标,是制造出能够处理传统计算机根本处理不了的任务的计算机,这些任务具有改变世界的意义,例如对复杂的分子进行建模。 相比之下,谷歌的随机数字练习相对平淡,除了那部分只需要200秒。该项目理论团队的负责人Sergio Boixo称其为“量子计算机的‘Hello World’程序”,相当于程序员用一种新语言进行超级简单的编程练习,只是为了确认一切都在按照预期进行。“这是我们想做的第一件事,”他解释道。 尽管谷歌为自己赢得了量子领域的最高奖项,但它也承认,在量子机器广泛应用之前还有大量工作要做。 在量子计算机领域,有两个终极问题正待解决,毕竟如果这两个问题不解决,一切都是白搭。其一就是量子精度的问题,由于各种复杂的原因,量子计算机的错误率非常高,可能计算100次10+10这种简单问题时,就有一次会出错,但值得注意的是,一直用量子霸权做噱头的谷歌,却从未公开表示在这方面有所突破,因此,谷歌这台量子计算机的运算正确率可能令人堪忧。 另一个问题就是量子扩展性的问题,量子计算机的量子位越高,整体运算精度反而却会出现下降,就目前来看,尚不清楚谷歌的量子计算机是多少位,也不清楚谷歌是否真正攻克了这个阻碍人类进步的难题。 硬件团队的一名成员Marissa Giustina用一块白板画出了一条时间线,显示出目前距离容错、纠错的量子计算机成为主流现实还不到一半的时间。 归根结底,我们不应该以谷歌的量子计算机是否淘汰了其他计算方法来评判它,就像我们不应该纠结于莱特是否扼杀了热气球一样。 在谷歌于Goleta举办的活动上,Neven提出了另一个与人类征服天空有关的类比:苏联在1957年发射了第一颗人造卫星Sputnik 1。“我们听到的一个批评是‘谷歌,你捏造了一个人为的基准问题—;—;它还没有做任何有用的事情,’”他说。“人造卫星当年也没起多大作用。它环绕地球,发出嘟嘟声。但这是太空时代的开始。” 虽然这就是事实,但在1957年,人们对此并不在意。美国报纸对人造卫星的发射给予了极大的关注,但倾向于将目光投向俄国人是否打算使用其新技术监视美国或向其投放炸弹。只有当美国认真对待人造卫星时,人们才弄清楚为什么人造卫星如此重要—;—;但这已经是后话了。 现在,最有趣的历史典故是UT的Aaronson在他自己的网站上发表的一篇博文。仔细思考谷歌的研究论文和IBM对此的反应,他得出结论,认为IBM可以在其最好的超级计算机上与谷歌的Sycamore计算结果相媲美,这可能是正确的。 但他仍然认为谷歌的成就具有历史意义。当他提到1969年阿波罗11号登月时,并不是说谷歌完成了类似的事情,而是说量子霸权根本不是那样的:从一开始就很明显,量子霸权不会像登月那样具有里程碑意义,这是一瞬间就可以实现的,然后每个人都可以随时了解。这更像是消灭麻疹:它可以被实现,然后暂时无法实现,然后再次实现。顾名思义,量子霸权是指击败某种事物,即传统计算,而后者至少可以在一段时间内进行反击。 人类的进步很少是在一分钟内实现的,对此,每个人都很清楚。因此,在评估谷歌的全部影响之前,等待时机才是上上之策—;—;即使我们还没有进入量子计算即将称王称霸的时代,也要评估它的价值。

    时间:2019-12-18 关键词: 谷歌 量子 量子霸权

  • 最新量子物理实验表明:客观存在不存在

    最新量子物理实验表明:客观存在不存在

    替代性事实(alternative fact,即没有真相、充斥着选择性谎言)像病毒一样在全社会传播。现在看来,它甚至已经感染了科学—;—;至少是量子领域。 这似乎有悖常理。毕竟科学是建立在观察、测量和可复现之上的。通过测量实验确定的事实应当是客观的,因此才会得到所有观察者的一致认同。 但最近一篇发表在《科学进展》杂志上的论文却显示,在由原子和粒子组成、受到量子力学规则支配的微观世界里,两个不同的观察者有权接收到属于各自角度上的事实。 换言之,根据我们对自然构成要素本身的理论,事实实际上是主观的。 观察者是量子世界中一个强有力的参与对象。据此,粒子可以同时处于多个位置或状态—;—;即量子叠加。 但奇怪的是,只有在没被观察到的情况下才会有叠加。当你观察量子系统时,它会选择一个特定的位置或状态—;—;打破叠加。 事实上,自然界的这种行为已经在实验室里被多次证明了—;—;例如著名的双缝实验。 1961年,物理学家Eugene Wigner提出了一个实验—;—;把量子力学应用到一个自己正在被观察的观察者身上时会发生什么? Wigner的一个朋友在一个封闭的实验室里投掷一枚硬币,硬币是由正反面叠加而成。每次掷硬币的时候,都会看到一个明确的结果,因此,我们可以明确地说Wigner的这个朋友证明了一个事实:掷硬币的结果不是正面就是反面。 但因为实验室封闭,Wigner无法从外界得知这一个事实,而根据量子力学,必须把这个朋友和硬币合起来作为实验所有可能的结果的叠加,因为他们是“纠缠”在一起的。操控其中一个,就代表你同时操控着另一个。 Wigner原则上可以用所谓的“干涉实验”来验证这种叠加。这种测量方法允许研究人员解开整个叠加的系统,来确认两个物体是否纠缠在一起。 当Wigner和他的朋友比对实验笔记时,朋友会坚持说他明确看到了每一次掷硬币的结果,但当Wigner以朋友和硬币处于叠加态来观察时,就会不同意该结论。 他朋友所感知的现实与外在的现实并不一致。 实验 这个情景长期以来一直是一个有趣的思维实验,但它是否反映了现实? 最近,来自维也纳大学的Caslav Brukner证明,在某些假设下,量子力学中的测量对观测者来说是主观的。 Brukner提出了一种测试方法,他将Wigner的硬币实验转化成了物理学家John Bell于1964年建立的框架,最后总结的结果可用于估算贝尔不等式。如果这个不等式被打破,观察者得到的可能就是替代性事实。 在具体的操作中,研究人员在爱丁堡赫瑞瓦特大学一台由三对纠缠光子组成的小型量子计算机上进行了实验性测试。 第一个光子对就代表硬币,另外两对则相当于在它们各自的盒子里抛硬币(测量光子偏振)。而在两个盒子的外面,两边各有两个光子,也可以进行测量。 尽管已经使用了最先进的量子技术,但研究人员也花费了数个星期才从6个光子中收集到了足够的统计数据。但最终,他们还是成功地展示出了量子力学可能确实会与客观事实的假设不相容—;—;打破了不等式。 然而,这个理论是有基础假设的,包括测量结果不受光速以上信号的影响、观察者可以自由选择要进行的测量等。 另一个重要的问题是单光子是否可以被认为是观察者。在Brukner的理论中,观察者不需要有意识,只需要能够以测量结果的形式确定事实就行。 因此这个实验表明,至少对于量子力学的局部模型而言,我们需要重新思考什么是客观性。宏观世界的事实应该仍是安全的,主要的问题是量子力学的现有解释如何能容纳主观事实。 一些物理学家将这些新的发展视为观察结果不止一种的理论支持依据。例如,在平行宇宙中,每一种结果都有可能发生。 显然,这些都是关于现实基本性质的哲学问题。无论答案是什么,一个有趣的未来就在我们眼前。

    时间:2019-12-17 关键词: 物理 量子 客观 科技前沿

  • 《自然》刊出完整论文:谷歌重申已取得“量子优越性”

    《自然》刊出完整论文:谷歌重申已取得“量子优越性”

    面对外界争议尤其是本周来自IBM研究团队的论文驳斥,谷歌重申自己实现了“量子霸权(quantum supremacy)”。现在,其完整的研究论文发表在了权威杂志《自然》上。接受MIT技术评论采访时,谷歌CEO桑达尔皮查伊认为,就像当年莱特兄弟的飞机只翱翔了12秒一样,虽不具实用价值,但却证明了飞机飞行的可能性。据悉,谷歌首次提出实现“量子霸权”的论断是在今年9月,当时的论文称,谷歌的53位量子计算机仅用时200秒,就完成了需要世界最快计算机(美国Summit顶点超算)不间断10000年才能搞定的运算任务。显然,这一成就为人类未来的生产生活打开了一扇新大门。不过,IBM强调,谷歌的理论缺陷在于假定超级计算机会受到系统内存存储数据量的限制,并未对能够克服这种限制的大量磁盘存储空间作出解释。如今论文发表,不知业内尤其是IBM会作何应对。

    时间:2019-11-08 关键词: 谷歌 量子 论文

  • 物理学家评谷歌“量子霸权”:离实际应用还很遥远

    北京时间10月25日消息,10月23日,谷歌公司的研究人员在英国《自然》(Nature)杂志上发表论文称,他们已成功演示了“量子霸权”(quantum supremacy)。所谓量子霸权,其实指的是量子计算机对经典计算机的超越,其运算能力远远超过经典计算机,可以解决经典计算机在合理时间范围内不能解决的问题。 关于量子霸权的讨论听起来似乎有点耳熟。美国国家航空航天局(NASA)对这篇论文也有所贡献。早在9月中旬,NASA就“无意”中将这项最新的量子计算研究发表在官网上,宣称“量子霸权”已经实现,然后又迅速将其撤下。虽然发表的时间并不长,但这篇论文已经引起了网络上一片震荡。这并不奇怪,因为谷歌公司声称,他们的量子计算机可以在200秒内完成超级计算机需要1万年才能完成的事情,这样的成果实在是太令人惊奇了。 Sycamore量子处理器的布局(a)和外观(b),芯片中有54个量子比特,每个量子比特(灰色)通过耦合器(蓝色)与最近的量子比特相连 超级计算机和量子计算机的关键区别在于它们存储信息的方式。超级计算机和任何传统计算机一样,是二进制位的,处理的是1和0的问题;对于量子计算机,则涉及到量子比特的问题,可以假设0和1的任何排列。不过,这并不意味着量子比特可以像薛定谔的猫一样,同时是两个相互矛盾的东西—;—;既是活的又是死的,或者既是0又是1。 正如理论计算机科学家斯科特·阿伦森(Scott Aaronson)在他的博客中所说,量子比特是“此和彼的复杂线性组合”,或者说,是0和1的复杂线性组合。或许最接近的类比应该是“可能是这样,也可能是那样”。阿伦森指出,简单来说,你可以把量子计算机定义为一台利用这种新型“可能性”的计算机。 为什么利用这种“可能性”就能赋予量子计算机所谓的“霸权”?德国法兰克福高等研究院的理论物理学家萨宾·霍森费尔德(Sabine Hossenfelder)解释道:“为了让你了解量子计算机的能力,你可以想象一下:通过量子力学方程的数值解,在经典计算机上模拟量子计算机。” “如果你这么做,”她接着说,“那么经典计算机的计算负担就会随着模拟的量子比特的数量呈指数增长。你可以在个人电脑上进行2或4个量子比特的计算,但如果是50个量子比特,你就需要一个超级计算机集群。任何超过50个左右量子比特的计算目前都难以实现,至少在任何合理的时间内都无法计算。” 谷歌的量子计算机是一个名为“Sycamore”的紫色芯片。Sycamore的原意是梧桐树,在论文中给出的芯片图片上,可以看到一边刻着“Google AI Quantum”,另一边则刻着“Sycamore”和一棵梧桐树的图案。这个量子处理器被设计成使用54个超导transmon量子比特。由于其中一个量子比特不能正常工作,因此他们在实验中使用了53个量子比特,在一个“伪随机量子电路输出的采样任务”中将其计算速度与“最先进的超级计算机”进行了比较。研究人员表示,Sycamore的计算几乎没有结构,这使它成为“基准测试的合适选择”。与之相比,传统计算机的运行速度就显得相当缓慢。他们总结说,Sycamore的成功“预示着一个备受期待的计算范式即将到来”。 2012年,加州理工学院的理论物理学家、量子信息与物质研究所所长约翰·普雷斯基尔(John Preskill)提出了“量子霸权”一词,后来这成为一个划时代的词汇。普雷斯基尔的原意是用量子霸权来描述量子计算机发展的关键节点。他本月在《量子》(Quanta)杂志上写道:“我想强调,现在是我们这个星球历史上的一段特殊时期,基于量子物理学原理的信息技术方兴未艾。”他似乎在说,谷歌的实验结果后面还应该加上几句注解。 “正如谷歌团队所承认的那样,他们的机器表现出惊人的计算速度,但所解决的问题经过了精心挑选,目的只是为了展示量子计算机的优越性,”普雷斯基尔补充道,“在其他方面,(量子计算)并没有太大的实际意义。”霍森费尔德也有同样的看法。她说,现在的量子计算机似乎还只是“科学家的新玩具”,因为“尽管随机变量的产生可以用来检查量子霸权,但并不足以计算出任何有用的结果。” 尽管如此,普雷斯基尔仍表示谷歌取得了探索量子计算机实用性的重要一步。他认为,为即将到来的“新时代”创造一个短语是很有必要的,这个短语就是NISQ(noisy intermediate-scale quantum),即“嘈杂中型量子”。其中的“嘈杂”(noisy)意思就是“不精确的”。对于量子比特,想要获得无错误的计算结果仍然太难了—;—;量子计算机运行的时间越长,它积累的错误就越多,计算结果就越不可靠。“中型”(Intermediate-scale)的意思则是,现在的量子计算机刚好可以做到谷歌所做的事情,即在某些任务中轻而易举地击败超级计算机,展示量子计算的优越性。但是,量子计算机太小了,最多只有几百个量子比特,做不出任何有价值的事情。所以,如果想超越NISQ时代,还需要相当长的时间。 对于量子霸权,目前我们还没有什么好激动的。“发明(NISQ)这个术语,实际上是想让投资者相信量子计算将在未来几十年产生实际应用,”霍森费尔德说,“NISQ的问题在于,虽然它们可能很快就能付诸实践,但没人知道如何利用它们计算出有用的结果。”也许永远不会有人知道。“我现在很担心量子计算会走上核聚变的老路,永远充满希望,但又永远不会真正实现,”霍森费尔德补充道。 可以理解的是,谷歌的研究人员及其NASA合作者对这种不确定性给出了更积极的解释。他们指出,现在的量子计算还处于“过渡”阶段,从单纯的学术研究,到成为开启新型计算能力的关键,还有很长的路要走,“我们距离有价值的短期应用只有一步之遥”。谁又能知道,这一天会什么时候到来呢?(任天)

    时间:2019-11-07 关键词: 谷歌 量子 物理学家

  • 6比特量子 本源量子2020年将推出首台国产自主产权量子计算机

    6比特量子 本源量子2020年将推出首台国产自主产权量子计算机

    最近IBM与谷歌之间就“量子霸权”一事隔空对战,这两家都是量子计算机领域的大腕,双方争议的实际上只是一个说法问题,对于量子霸权这回事都是承认的,因为量子计算机在某些领域的计算能力完全是碾压传统电子计算机的。 在量子计算机领域,国内的公司也在抢占这个未来技术制高点,阿里、腾讯、百度等公司也曾宣布研发成功量子计算机,不过这些量子计算机并没有完整的知识产权,很多核心系统不是国产的。 在这个问题上,合肥本源量子计算科技有可能首尝螃蟹,该公司创始人在接受采访时透露,在各方支持下,争取在2020年底推出中国首台自主知识产权的量子计算原型机,它将包含6个比特超导量子芯片,随时随地可以网络访问。 郭国平表示,IBM在2016年发布了一台5个量子位的机器。“希望我们能在2020年推出6位的量子计算机,大家能看得见,摸得着。” 据官网介绍,合肥本源量子计算科技有限责任公司成立于2017年9月11日,是国内首家量子计算初创公司。总部位于合肥高新区,并在合肥市经开区和深圳设有分支机构。本源量子技术起源于中科大中科院量子信息重点实验室,专注量子计算全栈开发,各类软、硬件产品技术指标国内领先,已申请专利百余项。 由于中科大是国内量子技术研究的核心力量之一,所以本源量子的技术积累还是很强的,去年底他们宣布研发成功中国首款完全自主知识产权的量子计算机控制系统—;—;本源量子测控一体机OriginQ Quantum AIO,可将所有量子计算控制系统的功能,集成在一台能够完整实现对量子芯片控制的机器内。

    时间:2019-11-06 关键词: 计算机 量子 量子计算机 本源 本源量子

  • 量子霸权真的已经实现?IBM认为谷歌夸大成就

    北京时间10月24日上午消息,据外媒报道,谷歌周三称在计算机研究领域取得一项突破,并发布在最新一期的《自然》杂志上。但是,IBM却认为谷歌夸大了其成就。 这次的争议源于两家大型科技公司在量子计算领域的激烈竞争。量子计算是一个未来领域,目前仍未出现确凿的领先者,因此,谷歌和IBM都希望领先对手一筹。微软和英特尔也在这一领域积极开展工作。 量子计算与目前的计算完全不同。我们现有的计算机和移动设备表达的信息最终被分解为0和1。但量子计算机以量子位工作,也就是信息可以同时是0和1。这项技术前景广阔,可以解决现代计算机不擅长的问题,可以提高人工智能模型的计算,可以协助推进材料科学和化学的工作,甚至某一天还可以被用来破解加密。谷歌对这些可能性也有所知晓。 谷歌发表在《自然》杂志上的论文谈到了一项研究:研究人员使用Sycamore—;—;定制的54量子位处理器—;—;进行试验。谷歌的目标是获得量子霸权,本质上即用量子计算机来处理,普通计算机需要非常长时间才能完成的任务。谷歌研究量子霸权已有多年,这个概念可以追溯到2012年。 “我们的Sycamore处理器大约需要200秒时间来采样一个100万次的量子电路实例—;—;我们当前的基准测试显示,即便是最先进的传统超级计算机,处理同等任务,也需要大约10000年时间,”研究人员在论文中写道,“与所有已知的经典算法相比,速度上的大幅提高是对该计算任务量子霸权的实验性实现,预示着人们期待已久的计算范例。”谷歌利用自己的计算机基础设施以及目前全球最强大的超级计算机Summit,来模拟量子工作并进行推断。 IBM则对10000年的推算提出质疑。“我们认为,传统系统可以在2.5天内处理相同任务的理想模拟,并且准确度更高,”IBM的科学家在博客文章中写道。他们认为,从严格意义上来说,量子霸权并未实现。 抛开IBM对一台传统计算机处理谷歌的芯片所能升任的任务需要多长时间外,现在的问题是,谷歌、IBM和其他公司最终将如何使用他们的量子系统。 谷歌的首席执行官桑德尔·皮猜(Sundar Pichai)在接受采访时的回答表明,谷歌至少已经有不少想法。他说: “量子真正令人激动的地方在于,宇宙从根本上是以量子方式进行运作的,因此通过量子,你可以更好地理解自然。我们现在仍处于早期,但量子力学的未来是赋予我们模拟分子、分子过程的能力。我相信,这将是量子最具优势的领域。药物发现是一个最好的例子。或者肥料等等。” 但IBM的科学家认为,未来的路还很长。他们写道: “为了是量子能够对社会产生积极影响,当前的任务是继续构建并推广更强大的可编程量子计算系统,并且这个系统还应该可以复用且可靠地实现各种量子演示、算法和程序。这是在量子计算机上实现实际解决方案的唯一途径。”(图尔)

    时间:2019-11-04 关键词: 谷歌 量子 成就 霸权

  • 骨科医生评价“量子接骨”技术:从医30年未听说过 过于玄幻

    骨科医生评价“量子接骨”技术:从医30年未听说过 过于玄幻

    近日,“量子波动速读”引起了全网热议,这种过于拙劣的骗局让人感慨大千世界无奇不有,而且还真能骗到钱。 随后又有媒体曝出有济南诈骗公司以量子技术为名为患者远程接骨,多名投资者被骗。该公司号称仅凭一张照片,就可以通过量子干预技术,异地远程接骨,引发网友热议。 对此,有媒体采访到了骨科医生,该医生表示,从医30年从未听说过量子远程接骨技术,过于玄幻。 该医生评论道:“量子接骨,听起来比较玄幻,我不知道它用了什么样的技术,我从医将近30年,我个人现在无法理解。” 医生补充道:“也许将来有一天,我们把量子技术应用到关于促进骨骼愈合的方面,但是通过照片用量子技术植入到照片上就让病人能好,这个听起来过于玄幻。目前医学上量子技术真正用到临床还需要一定时间,主要还是集中在分子层面材料层面,没有明显关于临床一线治疗的信息。”

    时间:2019-11-04 关键词: 量子 医生 接骨

  • 什么是“量子霸权”?我们正面临一场真正的革命吗?

    什么是“量子霸权”?我们正面临一场真正的革命吗?

    10月25日一篇文章称,“量子霸权”已经成为现实。然而,不容忽视的是,这项技术对于手中拥有大量用户数据的技术公司而言是非常具有诱惑力的。由此,量子技术会对人工智能、机器学习和网络安全产生深远影响. 谷歌已发表第一篇经过同行评审的相关文章,证明他们已实现此前仅停留在理论上的事:让量子计算机完成即使是对于最强大的传统计算机而言也几乎不可能完成的任务。     文章称,即便如此,围绕这篇发表在英国《自然》周刊上的文章展开的争议很快就出现了。IBM公司表示,他们的超级计算机“顶点”能够在两天半的时间里完成同样的任务。不过,这一切意味着什么呢?我们正面临一场真正的革命吗?以下是问题的一部分答案。 一、什么是“量子霸权”? 西班牙国家研究委员会研究员卡洛斯·萨温对《阿贝赛报》表示,“量子霸权”的意思是量子计算机可以完成对于实用型传统计算机而言不可能完成的计算。凭借量子计算机,谷歌做到的是在约三分半的时间内完成传统计算机要花费1万年才能完成的任务。然而,萨温说:“谷歌进行的这种计算除了演示‘量子霸权’外没有任何用途。这就是说,这种计算是为了这一目的而特意为之的。”即便如此,萨温也无意贬损谷歌的功绩,他说:“多年来,我们一直在尝试做到这些,而现在有了令人瞩目的巨大进步。” 二、量子计算机与传统计算机有什么区别? 据《阿贝赛报》报道,量子计算机与传统计算机的区别在于它们的“语言”:传统计算机可以理解由数字0和1表示的二进制指令信息,而量子比特可以同时代表0和1,就像是在箱子里既生又死的著名的“薛定谔的猫”。也就是说,单单一个量子比特可以同时既是1又是0,这意味着每一个量子比特的数据存储能力呈指数级增长。 三、量子计算机有什么用处? 《自然》周刊发表的研究论文的作者表示,这场计算机革命将带领人类走向可以制造汽车和飞机所用轻质电池的新型材料,可以更加高效地生产肥料的新型催化剂,以及更有效的药物。不过,要走的路还很长。论文作者继续说:“要达到必要的计算能力,仍需经过多年艰苦的科学和工程方面的研究。但是现在我们看到了一条清晰的道路,我们渴望继续前进。” 四、我们将受到哪些影响? 《阿贝赛报》指出,在大数据、算法和人工智能的时代,每秒钟有数以百万计的数据在传输。在这种情况下,量子技术是不可或缺的。 萨温表示:“谷歌、IBM、微软和其他企业都将拥有用于改进算法的量子计算机,这是肯定的。不过各国政府也正在打起精神。”萨温认为,量子技术的首要影响将是其在科学上的应用。 萨温则表示:“当前是纯粹在推测,因为打开的门通向的可能性几乎是无穷的。然而,这不会在明天就实现。”它对于科学而言是质与量上的飞跃,对于商业领域而言同样如此。这不是无稽之谈,因为正是技术推动了商业的发展。

    时间:2019-10-25 关键词: 谷歌 量子 量子计算机

  • 中国首个量子计算机:2020年底推出中国首个量子计算机

    中国首个量子计算机:2020年底推出中国首个量子计算机

     10月23日,合肥本源量子计算科技有限责任公司创始人郭国平对包括第一财经在内的媒体采访团透露了上述信息。在各方支持下,争取在2020年底推出中国首个量子计算机,它将包含6个量子芯片,随时随地可以网络访问。 公司主营业务分为4大板块,分别是:量子芯片、量子测控、量子软件和量子云。目前,公司已申请量子计算领域专利、软著、商标共计200余项。 2017年成立的本源量子是国内第一家以量子计算机的研制、开发和应用为主营业务的初创型公司,其研发专家团队由量子计算院士和科技部超级 973 项目首席科学家组成,核心研发团队成员均为中科大计算机、物理领域博士,囊括了中国大部分量子计算人才。 郭国平称,IBM在2016年发布了一台5个量子位的机器。“希望我们能在2020年推出6位的量子计算器,大家能看得见,摸得着。” 借助我国投入70亿元建设量子信息科学国家实验室并大力发展量子技术产业化的有利时机,本源量子以量子计算机的研发、推广和应用为核心,专注量子计算全栈开发,与众多国际量子计算顶尖团队——IBM、英特尔、谷歌等展开竞争。

    时间:2019-10-24 关键词: 量子 计算机量子 计算中国

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