posted at 2017.10.28 11:48 by 风信子
英特尔周二发布了包含 17 个量子位的超导测试芯片，从而匹敌 IBM 此前推出的规模最大的量子计算芯片。英特尔将把这款芯片提供给荷兰的研究合作伙伴 QuTech。
到目前为止，量子计算基本上是 IBM 和谷歌之间的竞赛。今年 4 月，谷歌展示了关于 9 个量子位计算芯片的研究成果，以及其他尖端研究，从而在今年底打破量子计算的某些记录。今年 5 月，IBM 展示了首个包含 17 个量子位的芯片。
IBM 的成果基于耶鲁大学教授罗伯特·施罗科夫（Robert Schoelkopf）的研究，而 IBM 的团队中也有他的多名博士生和研究生。谷歌的工作则基于加州大学圣巴巴拉分校教授约翰·马提尼斯（John Martinis）的研究。他的研究获得了谷歌的支持，而谷歌于 2014 年吸收了他的研究成果。
目前，各大科技公司的研究员都在开发包含 50 个量子位的芯片。这样的芯片计算能力将超过当前所有超级计算机。目前还不清楚，在获得如此强大的计算能力之后，我们可以做些什么，解决什么样的问题。
不过，目前的挑战主要是开发规模更大的量子计算机。
英特尔表示，量子位极其脆弱，任何噪声或无意的干扰都会令量子位丢失数据。此外，量子位依靠超导体金属，而这样的超导体必须处于极低的温度下。英特尔表示，量子位的运行温度为“20 毫开尔文”，比太空冷 250 倍。制造并维持这样的环境难度很大。
除了低温之外，量子位的开发还有其他问题。随着量子计算机的规模越来越大，可能发生的故障类型也越来越多。
量子计算的发展速度很快。2016 年 5 月，IBM 发布了一台 5 个量子位的机器以及全球首个量子计算云服务。而在一年之后，芯片的规模已经提升至 3 倍。
量子计算机，下一个科技的拐角点
2013年5月，谷歌、NASA和美国大学空间研究联合会联合买下了加拿大D-Wave Systems公司制造的第二代量子计算机D-Wave Two。 D-Wave Two 配备了一个512量子位的Vesuvius处理器，测试结果显示，芯片运行速度是当时Intel最快芯片的1000倍，而在某些特定随机实例方面，D-Wave Two的芯片运行速度是传统解算机组合的35500倍。
3年后，时间推至2016年5月，IBM发布了一项免费的量子计算云服务，宣称要让所有人都可以使用其五量子位的量子计算机，用户在接入互联网的前提下， 只需要利用一个简单的软件接口就可以访问该量子计算机。
既然科技巨头们都对量子计算机亲睐有加，那我们今天就来聊聊关于它的那些事。
量子计算机的原理
传统计算机的输入态和输出态都是经典信号，输入信号序列按一定算法进行变换，由计算机内部逻辑电路来实现有关的信息分析。因为本征态的的两个区间限制，传统计算机只能在0和1两个比特之间进行正交变换，每一步都有既定的正交态路线，且不能出现对应的路线叠加。也就是说传统计算机的通用计算是在一个具有限制的框架中进行的，而你不能打破这个框架，不然就毁掉了整个系统机制。
而量子计算机与传统计算机的不同就在这里，量子不像半导体只能记录0与1，它可以同时表示多种状态。因为这个自带优势，量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交。
从某种程度上来说，量子计算对传统计算方式做了一个很大的扩充，它可以在传统的算法基础上融合更多的数据信 息，并不断的整合叠加，且不用按既定的路线走。而在此基础上，再借由量子之间的相干性，整体的传输、分析速率就有了一个超倍的提升。
量子相干性的结论来自于“电子向右自旋”和“正电子向左自旋”状态相关联的假想实验：高能加速器中，由能量生成的一个电子和一个正电子朝着相反的方向飞行，没有人观测时，两者都处于向右和向左自旋的叠加态，当有人以主观的视觉方式去观察两个电子时，就会出现视觉差，而当一方处于向右自旋的状态，那么在能量守恒定律的限制下，正电子就一定处于向左自旋的状态。
实验结论表明，每一个量子单元之间都存在着并行的必然联系(每有两个量子比特串列，就会作为一个整体动作)，你只需要对一个量子比特进行处理，影响就会立即传送到串列中多余的量子比特。而这一特点，也正是量子计算机能够进行高速运算的关键。
量子计算机能否在未来普及?
先来了解一下量子计算机的概念：量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。
换句话来说，量子计算机可能并不需要一体化的硬件适配，只需要一个整合而来的系统机制在传统计算机的基础上做一些适当的改动就能实现量子计算机内的量子理论。因此从转换的角度来看，并不需要耗费很多的资源，所以量子计算机应该是厂商们未来都想深入的蓝海。
量子计算机内的量子论把人们在宏观世界里建立起来的“常识”和“直觉”打了个七零八落。但实际应用过程中，你能感受到的除了运算速度上的高效，几乎没有什么其它的变化，因为那些都是科研公司要去整合规划的事。所以 从用户的市场接受度来讲，量子计算机也并未改善用户们的日常使用习惯。
再来看一组数据：欧盟已经计划于2018年启动总额10亿欧元的量子技术项目;中国于2013年6月8日也成功实现了用量子计算机求解线性方程组的实验; 2011年4月，一个成员来自澳大利亚和日本的科研团队在量子通信方面取得突破，实现了量子信息的完整传输……可见，很多国家早几年都已经量子计算机技术方面有浅层的科研效果，可见其所具备的潜力之大。所以站在既定的市场发展角度来看，它的普及也是必然的。
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Tags: 量子, 数据, 接口, 算法, 模, 物理
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