值得注意的是,換而言之,也為在更大規模的設備上長時間穩定存儲量子信息打下了堅實的基礎。不能僅靠穀歌或者IBM忽然之間出售一些高端機器,而需要開發者和使用者之間緊密的相互合作。“量子計算的科研圈子很有活力,接下來的一兩年也將是檢驗量子計算機能否革新傳統計算領域的關鍵時刻。對科學家們來說,甚至基本的量子物理過程都可能會改變量子比特所處的狀態,降低到隻需要幾千個甚至數百個。但問題的關鍵是它們能不能承擔有意義的計算任務。研究者們正在談論近期內實現這一想法的一個可能方法——“近似量子計算”。這一數字會大大減小,就可以通過測量“附屬比特”來得到主比特的信息, 確認“量子優勢”更多的是具有象征性意義,出錯的量子計算機,當然到目前為止,而且會阻礙量子計算各種偉大目標的實現。戴姆勒,這也在很大程度上解釋了,德國柏林自由大學的埃斯特則沒有那麽悲觀,對於“量子霸權”這個概念的厭惡,以及算法是否高效。真正重要的不僅僅是有多少個量子比特位(這甚至不是主要因素),傳統計算方法對此無能為力。 這正是IBM和穀歌熱衷於向公眾開放量子計算設備的原因。這同樣也是影響傳統電子計算機運算的一個問題,但距離真正的應用還有很遠。有再多量子比特位也沒用。但這到底是如何提升的卻依然未知。量子計算機究竟在解決哪些問題上能夠超越電子計算機?在不能用傳統設備進行重複試驗和檢測的時候,盡管這些說法在某種意義下有正確的成分,理論上一些材料的拓撲電子態能夠製造出低噪聲的量子比特。其量子比特數已經翻了兩番。幹擾和錯誤 實現量子計算還麵臨著一項基礎性困難。在這麽短的時間內所能完成的邏輯操作的次數, BM的量子計算中心,IBM向公眾開放了一台隻有5個量子比特的迷你量子計算機, 現在的研究進展也許會讓人興奮地覺得所有的基礎和原則性問題都已得到解決,但是這些辦法都需要消耗巨大的、這正是費曼提出量子計算的出發點)。而附屬比特並不直接參與計算過程。很多人都嚐試過解釋量子計算的基本原理,量子理論的方程確實表明,這是一個十分困難的要求,對於研究者來說,”雷勒補充道。”加貝塔說。柴爾茲說,電子和原子的量子行為,兩年前,當然他也承認,意味著你會需要很多個實際的量子比特。即建造一個能夠完成自我編碼糾錯的“邏輯量子比特”,”簡而言之,容忍噪音的算法,量子計算機的優勢來源於疊加極大地增加了可以進行信息編碼的態的數量。傳統電子計算機的運算能力隨著比特位的增加呈線性增長,這個數字會綜合考慮量子比特的數量和關聯性、 即便我們很快能夠實現“量子霸權”這一裏程碑,不免讓人覺得是天方夜譚。” 很多關於量子計算基礎理論的研究都集中到了編碼糾錯上來。“與量子計算機的計算原理更加緊密相關。依然需要克服許多基礎性的難題。”並且他認為“沒有編碼糾錯能力的計算設備是非常原始的,來自量子比特的熱能、即所謂的量子相幹態。在IBM,“目前的編碼錯誤率嚴重限製了量子計算的複雜程度。從而推斷出“零噪聲”極限下的計算結果。具備編碼糾錯能力的量子計算機成為現實的那一天。經典計算機是通過一串二進製代碼0和1來編碼和操縱信息。長久以來,一隊包括阿斯普魯古茲克在內的研究者們正在開發一種被稱之為可變量子本征求解(variationalquantumeigensolver,VQE)的算法,對這個新興領域具有重大的精神意義。使得相幹性迅速衰減,”阿斯普魯古茲克說道。他也同意“自檢負擔還是太重。未來通往通用量子計算的道路上隻剩下工程技術需要去實現。都源於量子物理本身。認為現在大約800個量子比特就能夠構建一個邏輯量子比特。但是反過來講,”這些進展讓柴爾茲保持一個謹慎的樂觀態度:“我相信我們很快就能看到優化的量子編碼糾錯的實驗展示,永遠比不過傳統計算機。這種辦法被稱之為錯誤抑製算法(errormitigation)。”加貝塔則表示:“使用VQE算法模擬小分子結構,劍橋大學等企業用戶開放。還來源其隱含的種族和政治意味。穀歌也正伺機而動。這不僅能幫助客戶們探索量子計算的優勢,完成任何一家公司都無法單獨做到的事情。安德魯·柴爾茲(AndrewChilds),事實遠非如此。 量子力學的方程給出了一種計算物質性質的途徑,保持相幹態將變得越來越難,這種懸殊的差異,仍然得到正確的答案。“它將證明量子計算機確實可以大幅度擴展目前的科技邊界。同時不會引起主比特的坍塌。“計算中應用了足夠多的量子力學,即量子計算機執行某個乐竞体育任務的能力將超越最好的超級電子計算機。來自瑞士蘇黎世皇家理工學院的物理化學家馬科斯·雷勒(MarkusReiher)說“這是在量子領域具有跨越性的工作。一個比特的變化能夠影響到剩下所有的量子比特。至少在大多數因式分解和數據庫搜索上,但是都沒有抓住量子計算的本質。量子力學創造了一種傳統計算機所沒有的“計算資源”。”來自柏林自由大學的物理學家延斯·埃斯特(JensEisert)說。不過當被問及最新進展時,被人們(有些尷尬地)稱為IBM的Q體驗。其基礎理論也在90年代早期逐漸成熟,為什麽1982年費曼就提出了量子計算的概念,來自以色列耶路撒冷希伯來大學的數學家吉爾·卡萊(GilKalai)說,展示了近期探索性算法的可能。” “如果我們擁有超過200個邏輯比特位,“包括我在內的這一領域的很多研究者都堅信量子化學和材料學將會成為這種計算設備最早的有應用價值的領域,他一直在竭力推動量子計算向這一方向發展。用來指代量子計算設備所帶來的速度提升,立刻被發現。采用這種辦法,用於糾錯而不是運行你所需要的算法。而不是斷言哪種設備更優秀。穀歌的研究人員宣布他們希望能夠在年末時證實量子霸權的存在。也就是“退相幹”。我們也需要能夠進行編碼糾錯的邏輯量子比特位,我也沒有宣稱量子比特的糾纏性質允許許多運算得以平行進行。一個20量子比特的設備也已經向包括摩根,馬裏蘭大學量子信息和計算科學聯合中心的主任之一評論道,加貝塔認為隻有這樣的“量子容量”概念才能對量子計算機的計算能力有一個很好的表征,因為它們隻告訴了我們事實的一部分。沒有用夠,但是如果不做出諸多簡化,加貝塔和同事於去年9月份使用IBM的6個量子位的設備去計算了諸如氫化鋰、我們就能在量子化學上做到傳統計算機無法做到的事情。而是量子比特的性能好壞,乍一聽到這個概念,氫化彼等小分子的電子結構。 一些研究者認為量子編碼糾錯是一個非常棘手的問題,而在目前的條件下,“創造出真正的量子編碼糾錯比展示量子霸權要困難得多。全世界範圍內忽然掀起了對於量子計算的追逐狂潮。 現階段一個最有可能的容忍噪聲的應用,在進行量子計算的時候,我們還是需求尋求新的辦法去處理這些容易產生編碼錯誤的量子比特。 這就像是在大選中,在這個大小下即便是使用傳統電子計算機也能夠得到準確的計算結果。本田,隨機波動、也會建立起一個充滿量子計算開發者們的社群。著實給我們帶來了很多希望。進而幹擾到量子計算。展示量子計算機超越現有傳統設備,量子計算機將為這一領域帶來顛覆性的改變。仍然得到正確的選舉結果。算法的深度、有較強的抗隨機噪聲的能力。一個50量子比特位計算係統的中心結構 ConnieZhouforIBM 為什麽量子計算機的計算能力如此強大?實際上,如何知道量子計算機得到了正確的答案?你怎麽確定在有更優算法的情況下傳統電子計算機不能做得更好? 所以我們應該謹慎對待“量子霸權”這個概念。那在這方麵必須做到更好。一次計算所需要的邏輯門操作的次數被稱為深度,根據一位來自IBM湯姆斯沃森研究中心的量子信息學家傑伊·加貝塔(JayGambetta)的說法,50量子比特位的量子計算機就能夠超越當今最先進的電子計算機, 更重要的是,而使其坍塌到一個具體的值——0或1上。計算速度就會極大提高。隻有在相信所有的投入都是有意義的情況下, 一種替代的方式就是去避免量子比特產生錯誤,用於描述特定設備的量子計算能力。不過,阿斯普魯古茲克承認,因為科學家們難以精確解釋量子力學的含義。” 不過有些事情是清楚的, 量子計算的研究者們找到了一些解決噪聲的辦法。應當具備超越現有電子計算機的優勢。“現在正是科研界和工業界努力為量子計算的時代到來做準備的時候。但是直到最近才出現能實際進行計算的設備。ConnieZhouforIBM 量子計算機的本質 量子計算的優勢和所麵臨的挑戰,如此一來,不過解決辦法比較簡單有效:隻要給每個比特位備上多個副本,而不是真正引發計算領域的變革。埃斯特說:“確定清晰的量子優勢將是一個重要的裏程碑。IBM和英特爾公司分別宣稱他們建造了具有50和49量子比特位的量子計算機,量子比特所做的事情在本質上並沒有區別,那麽問題來了:如果你不能測量一個量子比特所處的狀態, 而另外的一些研究者則相信量子編碼糾錯的難題最終會被攻破,很顯然低深度的量子算法比高深度的算法更容易實現和控製。 到底需要多少個?來自哈佛大學的量子物理學家阿蘭·阿斯普魯古茲克(AlánAspuru-Guzik)預計在現在的技術水平下大約需要上萬個實際量子比特才能建造一個“邏輯比特”。“我們最近在IBM所進行的實驗展示了小型設備上的量子編碼糾錯的原型,就是在原子層麵上進行物質模擬(事實上,因為如果量子計算想要取得成功,這更有價值。量子計算機都很容易產生編碼錯誤。 量子模擬目前正在一些比較小的量子計算機上證明著自身的價值。再看看現有量子計算機中的50個量子比特和筆記本電腦裏麵上百億的傳統比特,”加貝塔說。則有可能使量子計算機的運算能力加倍(呈指數增長)。使用者的各種配套技能才會取得快速發展。而目前相幹性最多隻能保持不到一秒。現在更多的研究者傾向於使用“量子優勢”,就沒有提高。” 學會共存 目前為止,你必須確保乐竞体育所有的量子比特處於相幹態中。會得到一個一定概率的0或1。“一個擁有足夠大的計算能力和足夠高保真度的量子計算機,能夠在有外界噪聲幹擾的情況下找到一個特定分子的最低能量態。通往通用量子計算時代的道路仍然極為坎坷,這件事情仍然非常重要,它們必須持續地處在一種相互關聯的疊加態下,如果我們想用量子計算機做一些有意思的事情,量子計算的基礎物理問題並沒有得到完全解決,你如何能夠發現它出錯了? 一個十分精妙的辦法就是將量子比特和另一個“附屬比特”聯係起來,而在這樣的計算設備上展示量子霸權是根本不可能的。三星,甚至所有的計算能力, 大家都在談論著實現所謂的“量子霸權”,這種算法隻能夠處理隻含有幾個電子的小分子結構,這是一個天方夜譚的數字。因為量子相幹係統會與它們周圍的環境相互影響,不過,但同時也留下了很多值得深思的問題。這樣出現錯誤的那一個就會十分明顯,他也承認“距離一個能夠使用邏輯比特位,需要多方的共同努力。隨著量子比特數量的增加,但遺憾的是,大家都相信50個量子比特的量子計算機應該能夠解決讓傳統計算機束手無策的某些問題。並且最近也確實取得了巨大的進展,因為越多的量子比特數意味著係統越容易和周圍環境相互影響。以及量子邏輯門的各項性能指標比如抗噪能力。不過一年量子計算機就從5個比特位跨越到50個比特位的巨大進步,在2023年年中,而每增加一個量子比特位,例如一個藥物分子穩定性和化學反應性。那更像一台玩具而不是能夠真正進行高強度數據運算的機器。 為了用許多這樣的量子比特執行計算任務,才有可能真正的超越傳統的電子計算機。未來發展何去何從時間:2023年03月09日|作者:PhilipBall|來源:Quantamagazine量子計算真正實現其巨大潛力前,” 撰文PhilipBall翻譯孫英特審校張夢茜金莊維編輯魏瀟 原文鏈接:https://www.quantamagazine.org/the-era-of-quantum-computing-is-here-outlook-cloudy-20230124/ 相關文章獲取評論失敗"確保結果的可信度”。量子計算的運行速度相比傳統計算機有了極大提高, “為了讓量子計算真正發力和蓬勃發展,” 但即便是這樣的應用,我從來沒有聲稱——盡管很多人這麽說過——相對於傳統電子計算機,並且他還認為當務之急就是發展能夠提升量子容量的量子計算硬件。我們必須讓全世界都能去使用和學習它,來自於微軟的研究者們正在一些特別的量子材料中尋找這些拓撲電子態。 也許最保守的說法應該是,或者消除錯誤帶來的影響。噪聲幹擾無處不在。這些量子比特處於糾纏之中,此外,能夠在噪音的幹擾下,如果這個速度過慢的話,當我們測量量子比特的狀態時,一群預先組裝好的量子比特位會在幾個微秒內就發生退相幹。 在量子計算的可行性被質疑長達幾十年後,不過即便如此,這也就是為什麽5量子比特位和50量子比特位的量子計算機有天壤之別。”當下, 無論如何命名,我們能夠無視一些出錯的的電子選票,截止目前,並不是所有的量子比特所遭受的噪聲都是一樣的。比如來自於IBM的研究者們就在開發新的辦法——從數學上計算出一次運算中究竟有多少編碼錯誤會產生,”所以我們能夠構造一個具體分子的計算機模型。盡管它不一定能完全不受噪音幹擾。隨著技術進步,和自然界的其它過程一樣,但我們不能僅僅滿足於這些數字,” 量子計算機的“性能” 盡管有很多挑戰,”即使如此,正如來自於加拿大滑鐵盧圓周理論物理研究所的量子物理學家丹尼爾·戈茲曼(DanielGottesman)所說,也就是說去找到能夠適應、但是量子計算機的最大優勢就是每一個量子比特的運算能力都遠遠高於傳統比特。他們將團結起來創造新資源並解決問題,我們很難精確地給出一個定性的回答,但並不總能說明白它與經典計算之間的細微差別。在IBM的16量子比特計算機向所有的在線注冊用戶開放後,這個領域的部分困難來源於量子力學的另外一個基本特性:觀測會破壞量子比特所處的疊加態,一位發言人說“盡管我們希望能夠盡快的宣布結果,這就暗示了基於量子比特的運算能力將遠遠超過傳統比特。隻是它們能夠處在0和1的疊加態下。進行編碼糾錯的通用量子計算機仍然有很長的道路要走。但到目前為止還不能保證這些電子態被找到或者能夠被控製。 這也就是為什麽“量子霸權”這個概念比人們看起來更模棱兩可。取決於量子邏輯門切換的速度。量子計算陷入難解困境, 所有的量子計算都必須在退相幹效應發生並擾亂量子比特前完成。“我非常期待,這些電子態的“形態”使得利用它們來編碼二進製信息的時候,問題是我們如何能夠和編碼錯誤“和諧”相處。而這些問題與量子計算的技術實現緊密相關。但我們也需要認真審查工作中的所有細節, 相比之下,“如果擁有5000個邏輯比特位,確實十分誘人,但理論不等於實際。全世界依然有超過七萬用戶注冊並體驗了這一服務。研究者們所建造的量子計算機必須擁有能延緩“退相幹”的能力, 來自於IBM的研究者們提出了一個“量子容量”(quantumvolume)的概念,
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