什么是量子计算?
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2024-04-26
第一代经典计算机ENIAC的CPU看起来是什么样子呢?一大片电子管的集合!
所以,量子计算机目前处于原型阶段,看起来也就是各种元器件的大集合。
从中国科学技术大学获悉,该校郭光灿院士团队近期在半导体量子芯片研制方面再获新进展,创新性地制备了半导体六量子点芯片,在国际上首次实现了半导体体系中的三量子比特逻辑门操控,为未来研制集成化半导体量子芯片迈出坚实一步。国际应用物理学权威期刊《物理评论应用》日前发表了该成果。
开发与现代半导体工艺兼容的半导体全电控量子芯片,是当前量子计算机研制的重要方向之一。郭光灿团队中的郭国平教授研究组长期致力于半导体量子芯片研发,近年来曾先后实现半导体单电荷量子比特普适逻辑门、两电荷量子比特控制非逻辑门等成果。
近期,郭国平与教授肖明、研究员李海欧、曹刚等人合作,通过理论计算分析,创新性地设计了T型电极开口式六量子点结构,该结构使得控制比特与目标比特有较强的耦合,同时两个目标比特之间的耦合较小,很好地满足了实现两个控制比特对目标比特受控非门的操控要求。他们利用优化设计的高频脉冲量子测控电路,成功实现了世界上首个基于半导体量子点体系的三电荷量子比特逻辑门,进一步提升量子计算的效率,为可扩展、可集成化半导体量子芯片的研制奠定了坚实基础。
《物理评论应用》审稿人认为,这项工作是半导体量子点量子计算方向的一个重要进展,详细、清楚地展示了高水平的实验技术,将引起学界对该领域极高的研究热情。
这是好事。
一、生物计算机。
优点:
1、体积小,功效高。
生物计算机的面积上可容纳数亿个电路,比目前的电子计算机提高了上百倍。同时,生物计算机,已经不再具有计算机的形状,可以隐藏在桌角、墙壁或地板等地方,同时发热和电磁干扰都大大降低。
2、生物计算机的芯片永久性与可靠性。
生物计算机具有永久性和很高的可靠性。若能使生物本身的修复机制得到发挥,则即使芯片出了故障也能自我修复。
(这是生物计算机极其诱人的潜在优势)蛋白质分子可以自我组合,能够新生出微型电路,具有活性,因此生物计算机拥有生物特性。
生物计算机不再像电子计算机那样,芯片损坏后无法自动修复,生物计算机能够发挥生物调节机能,自动修复受损芯片。
3、生物计算机的存储与并行处理。
生物计算机在存储方面与传统电子学计算机相比具有巨大优势。一克DNA存储信息量可与一万亿张CD相当,存储密度是通常使用磁盘存储器的1000亿到10000亿倍。
生物计算机还具有超强的并行处理能力,通过一个狭小区域的生物化学反应可以实现逻辑运算,数百亿个DNA分子构成大批DNA计算机并行操作。
4、发热与信号干扰。
生物计算机的元件是由有机分子组成的生物化学元件,它们是利用化学反应工作的,所以;只需要很少的能量就可以工作了。
因此,不会像电子计算机那样,工作一段时间后,机体会发热,而生物计算机的电路间也没有信号干扰。
5、数据错误率。
DNA链的另一个重要性质是双螺旋结构,A碱基与T碱基、C碱基与G碱基形成碱基对。每个DNA序列有一个互补序列。这种互补性是生物计算机具备独特优势。
如果错误发生在DNA某一双螺旋序列中,修改酶能够参考互补序列对错误进行修复。
缺点:
1、生物计算机从中提取信息困难。一种生物计算机24小时就完成了人类迄今全部的计算量,但从中提取一个信息却花费了1周。这也是目前生物计算机没有普及的最主要原因。
二、量子计算机。
优点:
1、量子计算机拥有强大的量子信息处理能力,对于目前多变的信息,能够从中提取有效的信息进行加工处理使之成为新的有用的信息。
运用这种方式能准确预测天气状况,目前计算机预测的天气状况的准确率达75%,但是运用量子计算机进行预测,准确率能进一步上升,更加方便人们的出行。
2、量子计算机由于具有不可克隆的量子原理这些问题不会存在,在用户使用量子计算机时能够放心地上网,不用害怕个人信息泄露。
3、量子计算机拥有强大的计算能力,能够同时分析大量不同的数据,所以在金融方面能够准确分析金融走势,在避免金融危机方面起到很大的作用;
4、在生物化学的研究方面也能够发挥很大的作用,可以模拟新的药物的成分,更加精确地研制药物和化学用品,这样就能够保证药物的成本和药物的药性。
缺点:
1、量子消相干。
量子计算的相干性是量子并行运算的精髓,但在实际情况下,量子比特会受到外界环境的作用与影响,从而产生量子纠缠。
量子相干性极易受到量子纠缠的干扰,导致量子相干性降低,也就是所谓的消相干现象。
2、量子纠缠。
量子作为最小的颗粒,遵守量子纠缠规律。即使在空间上,量子之间可能是分开的,但是量子间的相互影响是无法避免的。
3、量子并行计算。
量子计算机独特的并行计算是经典计算机无法比拟的重要的一点。同样是一个n位的存储器,经典计算机存储的结果只有一个。
4、量子不可克隆。
量子不可克隆性,是指任何未知的量子态不存在复制的过程,既然要保持量子态不变,则不存在量子的测量,也就无法实现复制。对于量子计算机来说,无法实现经典计算机的纠错应用以及复制功能。
参考资料来源:百度百科-生物计算机
参考资料来源:百度百科-量子计算机