什么是量子计算?
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2024-04-26
排名第一!
根据目前最优的经典算法,“九章”对于处理高斯玻色取样的速度比目前世界排名第一的超级计算机“富岳”快一百万亿倍,等效地比谷歌去年发布的53比特量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍
量子计算机已经实现了76比特的量子逻辑运算,它的算力有多强?在室温条件下运行计算玻色采样问题,“九章”处理5000万个样本只需200秒,超级计算机需要6亿年;处理100亿个样本,“九章”只需10小时,超级计算机需要1200亿年,不过宇宙诞生至今不过约137亿年。
qmc格式是一种音频文件格式。1,因为qmc格式通常用于媒体播放器和音乐应用程序中,它是QQ音乐特有的音频格式。所以它主要用于存储和播放音乐文件,在某些设备和应用程序中具有广泛的应用。2,qmc格式具有较高的音频压缩比,能够将音频文件的大小尽可能地减小,因此可以在有限的存储空间中存储更多的音乐文件。这也是它被广泛使用的原因之一。3,需要注意的是,由于qmc格式是由QQ音乐所定义和使用的专有格式,因此在一些其他音频播放器或应用程序中可能不被支持。所以如果你想要在其他设备或应用程序上播放qmc格式的音乐文件,可能需要进行格式转换。
量子技术利用量子物理基本原理,通过操控光或物质的量子叠加和量子纠缠等内禀属性,其信息处理能力有望从根本上超越经典范畴的信息技术。集成光量子芯片技术是一门结合了量子物理、量子信息、集成光子学和微纳制造等学科的前沿交叉技术,通过半导体微纳加工制造,有望实现高性能且大规模集成的光量子器件和系统,达到对作为量子信息载体的单光子进行高效处理、计算和传输等功能。
2008年,国际上首次实现了基于二氧化硅平面光波导体系的量子受控纠缠门和量子干涉,开创了集成光量子芯片领域的先河。在过去十年间,国内外对集成光量子芯片技术的研究,取得了许多重要进展,目前已实现了片上光量子态的制备、量子操控以及单光子探测等核心功能,并且器件集成度和功能复杂度也都得到了大幅度提高。综述总结了集成光量子芯片的主流材料体系、核心量子光学元器件,及其量子信息的前沿应用,包括量子密钥分发和通信、物理和化学系统的量子模拟、量子玻色取样、光量子信息处理和计算等。
集成光量子芯片的材料体系目前主要采用硅基绝缘体上、铌酸锂、激光直写二氧化硅、氮化硅、氮化嫁、磷化铟等光波导材料。核心器件主要包括集成单光子源与纠缠光子源、可编程大规模集成光路、集成单光子探测器等,其中量子光源主要有非线性参量型量子光源和固态量子点型量子光源,而单光子探测主要通过超导纳米线探测和过度边缘感应传感来实现。这些核心光量子集成器件的性能均取得了很大程度的提升。与此同时,集成光芯片平台上也已经逐渐发展出一套可以将量子信息精确加载在单光子的路径、偏振、时间、空间、频率等不同自由度的方法,为该技术的发展提供了广阔的便利性和多样化。
集成光电子器件在经典通信系统中一直起着举足轻重的作用,可以预期其也将在量子密钥分发和量子通信中起到重要作用,特别是微小型、低成本、高性能的量子通信收发芯片的发展,将有助于进一步降低成本、提高可靠性,推进其实用化进程。目前,量子通信的几种主要协议,包括制备-测量类的通信协议以及基于纠缠分布和量子隐形传态类的协议等,已先后在硅基、磷化铟、氮化硅等光子芯片上得到实验验证。另外,全集成型量子真随机数发生器也有很多实验实现,并有望在不远的将来提供微小型、高速和低成本的真随机数发生器。
量子线路模型和基于测量的单向量子计算模型是实现通用量子计算的主流模型。光学量子计算的线路模型实现方案存在扩展性困难,但基于测量的光量子计算可以大大降低需要的物理资源,并可实现通用量子计算。在可编程的光量子芯片平台上,目前已成功实验验证了Shor因数分解算法、Grover搜寻算法、优化算法等重要算法,并可在单一芯片实现多种复杂量子信息处理功能。近年来,片上制备并操控复杂量子态,包括高维量子态、多光子纠缠态、图纠缠态等,均已在硅基和二氧化硅等平台实现。值得一提的是,集成光量子芯片的高可编程性、高稳定性、高保真度,为通用量子计算的实现提供了基础。
量子玻色取样和量子模拟被认为是量子计算的短期实现目标和重要应用方向。触发型玻色取样和基于量子点光源的玻色取样,被认为是实现具备“量子优势”的玻色取样量子计算的有效技术方案,有望超越经典计算机计算能力,其中前者已实现芯片上量子光源和线性网络的全集成,而后者最近在中科大发布的一个论文预印本中报道了20光子60模式玻色取样的重要突破。集成光量子芯片体系已实验验证了离散型和连续型的量子漫步功能,并可用于模拟复杂的物理和生物过程。同时,集成光量子模拟器也成功验证了多种典型的量子模拟算法,有望有效地模拟化学分子动力学过程。
九章量子计算机是2020年12月4日问世的
12月4日,中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”,求解数学算法高斯玻色取样只需200秒,而目前世界最快的超级计算机要用6亿年。这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。
“量子优越性像个门槛,是指当新生的量子计算原型机,在某个问题上的计算能力超过了最强的传统计算机,就证明其未来有多方超越的可能。”中科大教授陆朝阳说,多年来国际学界高度关注、期待这个里程碑式转折点到来。
每秒运算高达一万亿次。 光量子计算机的现实意义是可解决传统计算机无法处理的问题。
潘建伟教授对此表示,光量子计算机可实现的算法称为「玻色取样」,这是在经典计算机上很难有效求解的。
如果要将两者作对比的话,利用万亿次经典计算机分解300位的大数,需150,000年,而万亿次量子计算机只需1秒即可出结果。
量子计算只对特定问题实现加速,比如利用Shor算法实现大数因式分解,可达到指数级的加速。不是所有问题都会有加速。 量子计算不仅是速度快,而且是位宽大。 根据理论预计,求解一个亿亿亿变量的线性方程组,利用GHz时钟频率的量子计算机将只需要10秒钟的计算时间。拥有100个光子的量子计算设备每秒钟的运算能力可高达1万亿次。