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全球首台可编程量子计算机问世中美量子信息科技竞赛打响

更新时间  2011-02-09 20:43 阅读
本文摘要:8月中旬,中国将发射世界上第一颗量子通信卫星。就在中国计划密集发射卫星之际,位于大洋彼岸的美国1月对外宣布,将拒绝学术界、工业界和政府尽快就量子信息科学(QIS)问题展开交流,以确保量子信息研发的关键市场需求能够得到满足。中美在量子信息科学领域的竞争可能已经开始了。 在白宫官方博文中,也提到了国家科委(NSTC)7月份明确提出的《前进量子信息科学:国家的挑战与机遇》报告。美国国家科委在报告中说明了量子信息科学的重要性和前瞻性,也说明了美国量子信息科学的研究和发展。

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8月中旬,中国将发射世界上第一颗量子通信卫星。就在中国计划密集发射卫星之际,位于大洋彼岸的美国1月对外宣布,将拒绝学术界、工业界和政府尽快就量子信息科学(QIS)问题展开交流,以确保量子信息研发的关键市场需求能够得到满足。中美在量子信息科学领域的竞争可能已经开始了。

在白宫官方博文中,也提到了国家科委(NSTC)7月份明确提出的《前进量子信息科学:国家的挑战与机遇》报告。美国国家科委在报告中说明了量子信息科学的重要性和前瞻性,也说明了美国量子信息科学的研究和发展。

委员会指出,量子计算可以有效地推动化学、材料科学和粒子物理的发展,有可能未来很多科学领域都不会被政治宣传,人工智能应该是其中之一。量子力学描述物质和能量是不道德的,在单原子或亚原子粒子的尺度上相互作用。我们需要对粒子的集体效应进行大尺度的直观解读,但一般来说,量子不道德就变得无法解释和不正常了。

这些类似的量子现象还包括量子变换(系统同时包含所有可能的测量结果,一旦某个测量再次发生,结果将是一个固定值)和量子纠缠(多粒子的变换状态,它们的性质是相互关联的)。利用这些特性来处理信息,将量子现象与信息科学相结合,将为许多领域带来独特而令人向往的新机遇,如测向、计量、导航系统、通信、基础物理、仿真技术和计算领域等。

从目前的成就来看,中国在量子通信领域已经重回世界前列;美国在量子计算方面取得了很大的进步。世界上第一台可编程量子计算机问世了。

8月4日,《Nature》封面杂志文章发表了量子计算机的一大发展:一款小型可编程可重构量子计算机问世。这个项目是由马里兰大学量子信息和计算机科学领导研究所的研究员沙塔穆德布纳特和他的同事发表的。他们产生了一种由五位量子信息(qubits)组成的新型量子计算机,可以继续执行一系列不同的量子算法,其中一些可以利用量子效应,一步完成一个数学计算,而传统计算机必须执行这个计算几次。

这项研究是基于几十年来对离子的搜寻和控制工作。研究人员使用标准方法来移动离子,但他们也引入了控制和依赖离子的新方法,包括通过激光移动离子,以及建立特殊的地下隧道来检测离子的光学特性。首先,五个量子位存储在五个离子阱中,可以通过激光操作(每个离子的电子状态也可以通过激光轰击来控制)。

在扩展量子计算时,首先用一种颜色的激光处理量子位,使其超过一定的激发态;那么,另一种颜色的激光不会关闭或重新打开量子逻辑门;最后,原始颜色的激光不会加载量子比特的新状态。激光开关量子逻辑门的优点是将量子算法切换到一系列不同的激光动作,使算法可以从外部改变,称为可编程。

目前,世界上没有其他量子计算结构可以构建这样的灵活性。根据作者的报告,该系统可以继续执行基本操作,准确率约为98%。澳大利亚悉尼大学教授斯蒂芬巴特利茨(Stephen Bartlitz)在拒绝接受《Nature》的独家采访时评论说,这种新设备未来将被扩展到更大的量子计算机中。但是论文中并没有展示如何构建这一点,所以Debnath团队必须做的下一步就是向人们展示如何连接这些模块,并解释这种扩展是如何降低计算效果的。


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