什么是量子计算机?什么是量子霸权?

牛财金
2022-12-01

随着量子计算机的出现,我们有开始遇到一些新的科技名词。例如:量子霸权。


什么是电子霸权?


量子霸权,英文:quantum supremacy or quantum advantage,其实比较贴切的意思是:量子至上或量子优势。

量子霸权,或者量子至上,量子优势,是指量子计算机在特定测试案例上表现出超越所有经典计算机的计算能力。有一些复杂的数学问题,即使是目前世界上最强大的超级计算机也需要数千年才能解决。理论上,量子计算机可以在几分钟内解决这些问题。这种能够解决一个对于目前最伟大的超级计算机来说似乎不可能的问题的超强能力被称为量子至上。


量子霸权这个概念是怎么来的?

“量子霸权”这一概念最早由加州理工学院理论物理学家John Preskill在2011年的一次演讲中提出。



量子霸权的标准是怎样的?

以极短的时间解决现代超级计算机也需要花很长时间才能解决的问题。

研究人员亦预测,量子计算机的运算能力会呈现“双指数速率增长”,超越摩尔定律。摩尔定律是指传统计算机运算能力以约两年翻一倍的增长速度。


什么是量子计算机Quantum Computer?

量子计算机是基于量子力学定律运行的计算机。计算设备,从智能手机到房间大小的超级计算机,都具有存储和处理数据的主要功能。

传统上,计算机以位bit的形式存储信息,这些位以1或0的二进制状态存在。数据的所有操作基本上都是对这些1和0进行计算操作。量子计算机也具有相同的基本功能,但有一个关键区别;他们利用量子的特性,例如叠加和纠缠,来存储和操作数据。

在量子计算机中,数据以量子比特Qbit的形式存储,通常简称为量子比特。Qbit不同于传统的比特,因为量子比特通过叠加的特性,同时以1和0的形式存在。此外,量子比特可以相互纠缠,并表现为一个系统;这两个量子位可以保持在宇宙的两端,并且彼此之间仍然保持着很强的相关性。说到这里,牛财君也有点难理解。


量子霸权初露锋芒


2019年10月24日,《自然》杂志刊发了谷歌的一篇论文。谷歌开发出一款54量子比特数(其中53个量子比特可用)的超导量子芯片“Sycamore”。基于Sycamore,谷歌对一个53比特、20深度的电路采样一百万次只需200秒。而目前最强的经典超级计算机Summit要得到类似的结果,则需要一万年。基于这一突破,谷歌宣称在全球其率先实现了“量子霸权”。


2019年11月4日,最高国防科技大学计算机学院吴俊杰带领的QUANTA团队,联合信息工程大学等国内外科研机构,提出了量子计算模拟的新算法。该算法在“天河二号”超级计算机上的测试性能达到国际领先水平,谷歌的工作也引用了这项结果的预印版论文。国际权威期刊《物理评论快报》正式在线发表了该成果。


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