月度归档:2011年06月

美研制出最先进的量子计算机

全文: 美研制出最先进的量子计算机第六图书馆美国国际商用机器(IBM)公司、斯坦福大学和卡尔加里大学的科学家联合研制出了世界上最先进的量子计算机,并首次证明这类装置有明显快于常规计算机的运算潜力。美国国际商用机器(IBM)公司、斯坦福大学和卡尔加里大学的科学家联合研制出了世界上最先进的量子计算机,并首次证明这类装置有明显快于常规计算机的运算潜力。量子计算机里大学研制光机电信息无不详2001第六图书馆美国国际商用机器公司斯坦福大学卡尔加 科技简讯 密度实际上是无限的。一枚5分硬币大小的  相加,而是能够同时完成所有数值的加法。 这一特点使得量子计算机具有强大的功 能。使用数百个串接原子组成的量子计算机 可以同时进行几十亿次运算。 伊萨克·张认为,量子计算机有望应用 于广泛的领域。用它来进行数据库检索,将 会大大提高网上搜索速度。量子计算机也可 用来设置或破译密码,提高天气预报准确 性,模拟化学反应以加快新药的研制等。他 还预测,在今后两年中将诞生7~1个0个原  棱镜,它的信息通过能力超过全世界现有电 话电缆的许多倍。  光脑的许多关键技术,如光存储技术、 光互连技术、光电子集成电路等都已获得突  破。目,前科研工作面临的迫切任务是最大 幅度地增加光计算机的运算能力,即光开关 的数量。(o1)N.6  荚研制出最先进的 子的量子计算机。 科学家们指出,量子计算始于“穆尔定 .寸订舁 I终结处。按照著名的“量子计算机 律”耍l 穆尔定律”随着电, [  回  路板蚀刻精度越来越高,中央处理器芯片上 美国国际商用机器  (M公司、I)B斯坦福大学 和卡尔加里大学的科学  集成的晶体管器件越来越密,现有芯片制造 方法将在未来10多年内达到极限,无法突  家联合研制出了世界上 最先进的量子计算机,并首次证明这类装置 有明显快于常规计算机的运算潜力。 据领导该研究的IM科学家伊萨克·B 张在宣布该成果时介绍,这种量子计算机使 用了5个原子作为处理器和内存。研究人员 对该量子计算机实验机型进行了测试,用它 来确定一个函数的周期。测试结果发现,量  破到分子以下的尺度。这一极限大约出现在 22年。为此,00世界各国的研究人员正在加 紧开发新型计算机。除量子计算机外,生物 计算机和光计算机等也代表着未来计算机 的发展方向。(o1)N.7  日NT电信电话公司)本T( 最近开发出比目前高速、大容  子计算机能够只需一步就解决任何一个例 题,而常规计算机完成相同的工作却需要多 次循环运算。  量通信信息量要高上百倍的新 一 代宽带通信技术,其每秒可  传送10 字节的信息。使用这 种技术,可同时传送100万种 不同的动画图像,采用目前的 通信技术其传输距离仅为 7k0m,而采用NT开发的技 1'I 现有的电子计算机是以晶体管的“ 开” 和“状态来表示二进制的0和1关”。以原子 或分子为基本结构的量子计算机存储信息 则基于量子位。也就是说,利用粒子的向上  术,传输距离可延伸至50m0k 以上。  和向下自旋来分别代表01和。 量子计算机的独特之处在于,处于量子 状态的粒子能够进入“超态”,即同时沿上、  新技术仍然还是用普通 光通信使用的151的激 .5,am光。NT的研究人员将正弦光 T波的半波波幅分成30s8/的极  下两个方向自旋。这一状态可代表10以及、 中间的所有可能数值。因此,量子计算机可 以不像常规计算机那样按顺序把所有数值  短的光信号,并将这些光信号  0 0A0N40o1MIR N 2 EFM【0N .. 0 -  http://www.6lib.com第六图书馆

美科学家欲借助MEMS实现量子计算机

美国某大学的研究人员发现,微机电系统(MEMS)越来越有助于量子运算的实现;该研究团队证实,微反射镜(micro-mirror)能读取并写入编码在悬浮于透明媒介中的超冷原子云(clouds of ultra-cold atoms)上的量子位(qubits)。 

今日的半导体存储元件,需要位线(bit-lines)在读取或是写入之前进行寻址(address),但根据美国杜克大学(Duke University)与威斯康辛大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)的研究团队发现,量子位也能通过MEMS微反射镜,以两道聚焦于其上的雷射进行类似的寻址。

 

上述研究团队证实,由5个铷87(rubidium-87)原子组成、间距8.7微米的原子云,能以两道分别对准其位置的雷射进行寻址,因此也可望以雷射来进行量子位的读取与写入。虽然目前的实验只是概念验证,未来的量子计算机可使用透明媒介来储存量子位,使它们尽可能靠近彼此,而它们之间的互动将可执行今日看来很棘手的超复杂运算,如破解长密码。

 

 

美国威斯康辛大学麦迪逊分校Mark Saffman研究团队实验室,以超冷原子云来储存量子位

 

根据研究人员表示,在量子位之间进行切换的接取时间约5微秒(microseconds),比目前在光学开关组件中所使用的微反射镜速度快1,000倍;该研究团队接下来计划打造他们相信将成为未来量子计算机基本功能区块的,也就是局限在平面2D数组中的双量子位闸极(two-qubit gate)。

 

雪霸制冷专家:关于量子计算机会热反能制冷

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第三只眼

计算机工作时,它们消耗的能量最终变成了热。从放置膝盖的便携电脑到屋子里的超大计算机,人们都能感到它们在散热。这些热并非全都由硬件的运作所产生,处理信息也要耗费能量而发热。但令人惊讶的是,理论物理学家最近发现,在特定情况下,计算过程不仅不会发热,甚至还会制冷。他们的研究发表在最新一期的《自然》杂志上。
删除信息或能制冷
最近,瑞士苏黎世联邦理工学院教授雷纳托·雷内和新加坡国立大学与英国牛津大学量子技术中心韦拉科·维德罗共同进行了一项研究,证明了在量子纠缠状态下删除数据,反而会出现致冷效果。利用这一点,有望给超大计算机的运转发热降温。
“虽然我们能在量子水平实现这种控制,但在超大计算机上能否实现还是个巨大挑战,但也并非不可能,过去20年里量子技术已经取得了巨大进步。”维德罗表示,根据目前量子物理实验室的技术,用几个比特的数据进行理论性证明的实验还是可能的。
量子纠缠扭曲兰道尔原理
物理学家罗尔夫·兰道尔在1961年计算出,在删除信息过程中要消耗能量,并以热的形式释放出来。而计算机每秒钟要进行大量的数学运算,按兰道尔原理意味着将产生大量的热。虽然在目前的超大计算机中,硬件运转产生的热量太过明显掩盖了这种兰道尔“删除热”,但雷内认为,在下个10年到20年,“删除热”将变得更关键。理论上讲,删除10兆兆数据产生的热量还不到1焦耳,但如果每秒都要大量地重复这一删除过程的话,热量就会逐渐积累起来。
如果要删除的比特值是已知的,也就是说当存储的内容是已知的,就是以一种理论上能再生的方式来删除这些数据内容,按照兰道尔原理这是可能的。而此前有研究证明这种可逆删除不会产生热。
更进一步考虑,当要删除的数据内容和观察者处于量子纠缠的状态,那么观察者在删除这些数据时,就能从系统中吸收热量。量子纠缠将观察者的状态和计算机的状态联在了一起。在这种方式下,他们知道的存储内容比在经典物理学中更多。
两门学科“熵”相通
在很大范围上,“熵”的含义在“信息论”和“热力学”两门学科中互相独立。在信息论中,熵用来衡量信息密度的平均信息量,比如可以用它来描述一条数据经最佳压缩后所占的存储容量。而在热力学中,熵描述了系统的混乱程度,如气体中的分子排列,熵值增加相当于热能增加。
雷内说:“而我们同时面对着这两种情况。即在量子力学的理论框架下,熵的概念同时描述了这二者。看起来两个熵的公式是一样的,人们也假定它们之间有关联。按照我们的研究,在两种情况下,熵可以看作是一种相对的”知识贫乏”态。在测量这种熵的时候要秉承一个宗旨,即物体本身从本质上说并没有一定数量的熵,物体的熵总是依赖于观察者。”
还以删除数据为例,如果两个人分别删除一个内存中的数据,其中一人对这些数据知道的更多,她会觉得这个内存的熵更低,删除该内存所用的能量更少。在经典物理中,一个系统的理想状态是观察者认为它的熵是零,这表示观察者记忆的内容和系统内存中的内容完全一致,这才符合经典物理学。由于量子相关比经典相关更强,在量子纠缠中给了观察者多于整体系统的更多知识,导致了熵值小于零。
不发会热反能制冷
熵在量子物理学中有着不寻常的性质。但从信息论角度来计算时,人们往往忽略了这一点。虽然理论物理学家在计算中已经使用了负熵,却并不理解它在热力学中或实验中的含义。
在经典物理的例子中,计算机内存是零熵,删除数据在理论上根本不需要耗能。而在量子纠缠和记忆(负熵)造成的“多出知识”,导致在删除数据的过程中,伴随着从计算机中清除了它因耗能而释放的热量。这正是负熵的物理含义。
尽管如此,“这并不意味着我们能开发出一种永动机”。雷内强调,数据只能被删除一次,所以不可能持续产生能量。而这一过程也破坏了纠缠,会带来能量输入将系统重置为初始状态。这并没有违背热力学第二定律,也就是说宇宙中的熵不会减少(不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零)。“我们正处在第二定律的边缘,如果你再进一步,就会打破它。” 维德罗说。
熵的概念在热力学和信息论中虽不相同,却基本相通。它的用途远不止于计算电脑的发热量。比如,人们在信息论中处理熵的方法,很可能导致热力学的革新。

来源 :http://class.admin5.com/478863.html

科学发现,量子计算机可以制冷

计算机工作时,它们消耗的能量最终变成了热。从放置膝盖的便携电脑到屋子里的超大计算机,人们都能感到它们在散热。这些热并非全都由硬件的运作所产生,处理信息也要耗费能量而发热。但令人惊讶的是,理论物理学家最近发现,在特定情况下,计算过程不仅不会发热,甚至还会制冷。他们的研究发表在最新一期的《自然》杂志上。

删除信息或能制冷

最近,瑞士苏黎世联邦理工学院教授雷纳托・雷内和新加坡国立大学与英国牛津大学量子技术中心韦拉科・维德罗共同进行了一项研究,证明了在量子纠缠状态下删除数据,反而会出现致冷效果。利用这一点,有望给超大计算机的运转发热降温。

“虽然我们能在量子水平实现这种控制,但在超大计算机上能否实现还是个巨大挑战,但也并非不可能,过去20年里量子技术已经取得了巨大进步。”维德罗表示,根据目前量子物理实验室的技术,用几个比特的数据进行理论性证明的实验还是可能的。

量子纠缠扭曲兰道尔原理

物理学家罗尔夫・兰道尔在1961年计算出,在删除信息过程中要消耗能量,并以热的形式释放出来。而计算机每秒钟要进行大量的数学运算,按兰道尔原理意味着将产生大量的热。虽然在目前的超大计算机中,硬件运转产生的热量太过明显掩盖了这种兰道尔“删除热”,但雷内认为,在下个10年到20年,“删除热”将变得更关键。理论上讲,删除10兆兆数据产生的热量还不到1焦耳,但如果每秒都要大量地重复这一删除过程的话,热量就会逐渐积累起来。

如果要删除的比特值是已知的,也就是说当存储的内容是已知的,就是以一种理论上能再生的方式来删除这些数据内容,按照兰道尔原理这是可能的。而此前有研究证明这种可逆删除不会产生热。

更进一步考虑,当要删除的数据内容和观察者处于量子纠缠的状态,那么观察者在删除这些数据时,就能从系统中吸收热量。量子纠缠将观察者的状态和计算机的状态联在了一起。在这种方式下,他们知道的存储内容比在经典物理学中更多。

两门学科“熵”相通

在很大范围上,“熵”的含义在“信息论”和“热力学”两门学科中互相独立。在信息论中,熵用来衡量信息密度的平均信息量,比如可以用它来描述一条数据经最佳压缩后所占的存储容量。而在热力学中,熵描述了系统的混乱程度,如气体中的分子排列,熵值增加相当于热能增加。

雷内说:“而我们同时面对着这两种情况。即在量子力学的理论框架下,熵的概念同时描述了这二者。看起来两个熵的公式是一样的,人们也假定它们之间有关联。按照我们的研究,在两种情况下,熵可以看作是一种相对的‘知识贫乏’态。在测量这种熵的时候要秉承一个宗旨,即物体本身从本质上说并没有一定数量的熵,物体的熵总是依赖于观察者。”

还以删除数据为例,如果两个人分别删除一个内存中的数据,其中一人对这些数据知道的更多,她会觉得这个内存的熵更低,删除该内存所用的能量更少。在经典物理中,一个系统的理想状态是观察者认为它的熵是零,这表示观察者记忆的内容和系统内存中的内容完全一致,这才符合经典物理学。由于量子相关比经典相关更强,在量子纠缠中给了观察者多于整体系统的更多知识,导致了熵值小于零。

 

不发会热反能制冷

熵在量子物理学中有着不寻常的性质。但从信息论角度来计算时,人们往往忽略了这一点。虽然理论物理学家在计算中已经使用了负熵,却并不理解它在热力学中或实验中的含义。

在经典物理的例子中,计算机内存是零熵,删除数据在理论上根本不需要耗能。而在量子纠缠和记忆(负熵)造成的“多出知识”,导致在删除数据的过程中,伴随着从计算机中清除了它因耗能而释放的热量。这正是负熵的物理含义。

尽管如此,“这并不意味着我们能开发出一种永动机”。雷内强调,数据只能被删除一次,所以不可能持续产生能量。而这一过程也破坏了纠缠,会带来能量输入将系统重置为初始状态。这并没有违背热力学第二定律,也就是说宇宙中的熵不会减少(不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零)。“我们正处在第二定律的边缘,如果你再进一步,就会打破它。” 维德罗说。

熵的概念在热力学和信息论中虽不相同,却基本相通。它的用途远不止于计算电脑的发热量。比如,人们在信息论中处理熵的方法,很可能导致热力学的革新。(常丽君)

来源:科技日报

 

量子计算机概况 2011

量子计算机(quantumcomputer)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。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗题目。目录量子计算机,早先由理查德·费曼提出,一开始是从物理现象的模拟而来的。可他发现当模拟量子现象时,由于庞大的希尔伯特空间使资料量也变得庞大,一个完好的模拟所需的运算时间变得相当可观,甚至是不切实际的天文数字。理查德·费曼当时就想到,假如用量子系统构成的计算机来模拟量子现象,则运算时间可大幅度减少。量子计算机的概念从此诞生。

 

 

量子计算机,或推而广之——量子资讯科学,在1980年代多处于理论推导等纸上谈兵状态。一直到1994年彼得·秀尔(PeterShor)提出量子质因子分解算法后,因其对于现在通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以破解而构成威胁之后,量子计算机变成了热门的话题。除了理论之外,也有不少学者着力于利用各种量子系统来实现量子计算机。

 

 

半导体靠控制集成电路来记录和运算信息,量子电脑则希看控制原子或小分子的状态,记录和运算信息。

 

 

图2:布洛赫球面乃一种对于二阶量子系统之纯态空间的几何表示法,是建立量子计算机的基础。

 

 

20世纪60年代至70年代,人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热,极大地影响了芯片的集成度,从而限制了计算机的运行速度。研究发现,能耗来源于计算过程中的不可逆操纵。那么,是否计算过程必须要用不可逆操纵才能完成呢?题目的答案是:所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机,而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步操纵都可以改造为可逆操纵,那么在量子力学中,它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机,实际上是用量子力学语言描述的经典计算机,并没有用到量子力学的本质特性,如量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中,基本信息单位为比特,运算对象是各种比特序列。与此类似,在量子计算机中,基本信息单位是量子比特,运算对象是量子比特序列。所不同的是,量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上,而且还可以处于纠缠态上。这些特殊的量子态,不仅提供了量子并行计算的可能,而且还将带来很多奇妙的性质。与经典计算机不同,量子计算机可以做任意的幺正变换,在得到输出态后,进行丈量得出计算结果。因此,量子计算对经典计算作了极大的扩充,在数学形式上,经典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换,所有这些变换同时完成,并按一定的概率幅叠加起来,给出结果,这种计算称作量子并行计算。除了进行并行计算外,量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统,这项工作是经典计算机无法胜任的。

 

 

1994年,贝尔实验室的专家彼得·秀尔(PeterShor)证实量子计算性能完成对数运算,而且速度远胜传统计算机。这是由于量子不像半导体只能记录0与1,可以同时表示多种状态。假如把半导体计算机比成单一乐器,量子计算机就像交响乐团,一次运算可以处理多种不同状况,因此,一个40位元的量子计算机,就能解开1024位元的电子计算机花上数十年解决的题目。

 

 

量子计算机,顾名思义,就是实现量子计算的机器。要说清楚量子计算,首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输进信号序列按一定算法进行变换的机器,其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。

 

 

1.其输进态和输出态都是经典信号,用量子力学的语言来描述,也即是:其输进态和输出态都是某一力学量的本征态。如输进二进制序列0,用量子记号,即|0>。所有的输进态均相互正交。对经典计算机不可能输进如下叠加态:C1|0>+C2|>。

 

 

2.经典计算机内部的每一步变换都演化为正交态,而一般的量子变换没有这个性质,因此,经典计算机中的变换(或计算)只对

 

 

应一类特殊集。

 

 

相应于经典计算机的以上两个限制,量子计算机分别作了推广。量子计算机的输进用一个具有有限能级的量子系统来描述,如二能级系统(称为量子比特(qubits)),量子计算机的变换(即量子计算)包括所有可能的玄正变换。

 

 

1.量子计算机的输进态和输出态为一般的叠加态,其相互之间通常不正交;

 

 

2量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后,量子计算机对输出态进行一定的丈量,给出计算结果。

 

 

由此可见,量子计算对经典计算作了极大的扩充,经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和量子相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算,所有这些经典计算同时完成,并按一定的概率振幅叠加起来,给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。

 

 

无论是量子并行计算还是量子模拟计算,本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是,在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中,量子比特不是一个孤立的系统,它会与外部环境发生相互作用,导致量子相干性的衰减,即消相干(也称“退相干”)。因此,要使量子计算成为现

 

 

实,一个核心题目就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。主要的几种量子编码方案是:量子纠错码、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比,是目前研究的最多的一类编码,其优点为适用范围广,缺点是效率不高。

 

 

迄今为止,世界上还没有真正意义上的量子计算机。但是,世界各地的很多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。如何实现量子计算,方案并不少,题目是在实验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。现在还很难说哪一种方案更有远景,只是量子点方案和超导约瑟夫森结方案更适合集成化和小型化。将来也许现有的方案都派不上用场,最后脱颖而出的是一种全新的设计,而这种新设计又是以某种新材料为基础,就像半导体材料对于电子计算机一样。研究量子计算机的目的不是要用它来取代现有的计算机。量子计算机使计算的概念焕然一新,这是量子计算机与其他计算机如光计算机和生物计算机等的不同之处。量子计算机的作用远不止是解决一些经典计算

 

 

机无法解决的题目。

 

 

量子计算机可以进行大数的因式分解,和Grover搜索破译密码,但是同时也提供了另一种保密通讯的方式。在利用EPR对进行量子通讯的实验中中我们发现,只有拥有EPR对的双方才可能完成量子信息的传递,任何第三方的***者都不能获得完全的量子信息,正所谓解铃还需系铃人,这样实现的量子通讯才是真正不会被破解的保密通讯。此外量子计算机还可以用来做量子系统的模拟,人们一旦有了量子模拟计算机,就无需求解薛定愕方程或者采用蒙特卡罗方法在经典计算机上做数值计算,便可精确地研究量子体系的特征。

 

 

量子计算机是通过量子***式、量子修补式来进行一系列的大规模高精确度的运算的。其浮点运算性能是普通家用电脑的CPU所无法相比的,量子计算机大规模运算的方式实在就类似于普通电脑的批处理程序,其运算方式简单来说就是通过大量的量子***,再进行高速的量子修补,但是其精确度和速度也是普通电脑瞠乎其后的,因此造价相当惊人。目前唯逐一台量子计算机仍在微软的硅谷老家中,尚在试验阶段,离投进使用还会有一段时间。量子计算机当然不是给我们用来玩电子游戏的,由于这比如拿激光

 

 

切割机往切纸,其主要用途是例如象丈量星体精确坐标、快速计算不规则立体图形体积、精确控制机器人或人工智能等需要大规模、高精度的高速浮点运算的工作。在运行这一系列高难度运算的背后,是可怕的能量消耗、不怎么长的使用寿命和恐怖的热量。

 

 

假设1吨铀235通过核发电机1天能提供7000万瓦伏电量,但这些电量在短短的10天就会被消耗殆尽,这是最守旧的估计;假如一台量子计算机一天工作4小时左釉冬那么它的寿命将只有可怜的2年,假如工作6小时以上,恐怕连1年都不行,这也是最守旧的估计;假定量子计算机每小时有70摄氏度,那么2小时内机箱将达到200度,6小时恐怕散热装置都要被融化了,这还是最守旧的估计!

 

 

由此看来,高能短命的量子计算机恐怕离我们的生活还将有一段漫长的间隔,就让我们迎着未来的曙光拭目以待吧!

 

 

普通的数字计算机在0和1的二进制系统上运行,称为“比特”(bit)。但量子计算机要远远更为强大。它们可以在量子位(qubit)上运算,可以计算0和1之间的数值。假想一个放置在磁场中的原子,它像陀螺一样旋转,于是它的旋转轴可以不是向上指就是向下指。常识告诉,我们原子的旋转可能向上也可能向下,但不可能同时都进行。但在量子的奇异世界中,原子被描述为两种状态的总和,一个向上转的原子和一个向下转的原子的总和。在量子的奇妙世界中,每一种物体都被使用所有不可思议状态的总和来描述。

 

 

现在,想象一串原子排列在一个磁场中,以相同的方式旋转。假如一束激光照射在这串原子上方,激光束会跃下这组原子,迅速翻转一些原子的旋转轴。通过丈量进进的和离开的激光束的差异,我们已经完成了一次复杂的量子“计算”,涉及了很多自旋的快速移动。

 

 

等等方法,各自有各自的瓶颈。

 

 

在中国台湾,由于人们习惯上将电子计算机称为“电脑”,所以很多人往往沿用其名称而将量子计算机称为“量子电脑”。因而,在台湾两种名称皆可见到,不过后者使用得更多。

 

 

事实上在台湾,“计算机”指的是Calculator,就是一般店员在卖东西时,计算简单加减乘除用的那种巴掌大的计算工具。台湾人由于电子产业发展得早,1970年代就大量使用“计算机”这种方便的工具来做贸易计算,对应到Computer时,当然不能用“计算机”来称呼这种能够复杂计算的新产品了,于是台湾人说的“电脑”,指的是像Intel/AMD的x86类CPU或Macintosh的PowerPC/IntelMAC这种有着复杂计算的机器。

 

 

在中国大陆地区,Computer可以称为“计算机”或者“电脑”。其中“电脑”更为广泛的指家用电脑,而“计算机”更多的指具有科研等目的专业、非多媒体计算机。由于量子技术还处于起步阶段,只能在实验室见到,故多称“量子计算机”而非“量子电脑”。

 

 

Calculator被称为“计算器”,而非“计算机”。在中文中,“器”多指具有简单结构、功能的对象;而“机”多指具有复杂结构、功能的对象。因此,“计算器”和“计算机”能很直接的区别calculator和computer。

 

 

现在用原子实现的量子计算机只有5个q-bit,放在一个试管中而且配备有庞大的外围设备,只能做1+1=2的简单运算,正如Bennett教授所说,“现在的量子计算机只是一个玩具,真正做到有实用价值的也许是5年,10年,甚至是50年以后”,我国量子信息专家中国科技大学的郭光灿教授则宣称,他领导的实验室将在5年之内研制出实用化的量子密码,来服务于社会!科学技术的发展过程布满了偶然和未知,就算是物理学泰斗爱因斯坦也决不会想到,为了批判量子力学而用他的聪明大脑假想出来的EPR态,在六十多年后不仅被证实是存在的,而且还被用来做量子计算机。

 

 

社会生产力的发展是科学发展的基石和原动力,从物理学的诞生到技术文明高度发达的今天都是如此。

 

 

近年来由于社会对高速、保密、大容量的通讯及计算的需求,促进了量子信息、量子计算理论与实验的迅速发展。

 

 

目前,美国的洛斯阿拉莫斯和麻省理工学院、IBM、和斯坦福大学、武汉物理教学所、清华大学四个研究组已实现7个量子比特量子算法演示。

 

 

2007年2月,加拿大D-Wave系统公司公布研制成功16位量子比特的超导量子计算机(尚未经科学检验),假如他们是诚信的,这个工作的意义就非常重大,或许,可实际应用的量子计算机会在几年内出现,量子计算机的时代真的要开始了!

 

 

2010年3月31日,德国于利希研究中心发表公报:德国超级计算机成功模拟42位量子计算机,该中心的超级计算机JUGENE成功模拟了42位的量子计算机,在此基础上研究职员首次能够仔细地研究高位数目子计算机系统的特性。

 

 

1920年,奥地利人埃尔温.薛定谔、爱因斯坦、德国人海森伯格和狄拉克,共同创建了一个前所未有的新学科——量子力学。量子力学的诞生为人类未来的第四次产业革命打下了基础。在它的基础上人们发现了一个新的技术,就是量子计算机。

 

 

量子计算机的技术概念最早由理查得·费曼提出,后经过很多年的研究这一技术已初步见成效。

 

 

2009年11月15日,世界首台量子计算机正式在美国诞生,

 

 

这一量子计算机由美国国家标准技术研究院研制,可处理两个量子比特的数据。较之传统计算机中的“0”和“1”比特,量子比特能存储更多的信息,因而量子计算机的性能将大大超越传统计算机。

 

 

研究职员‘大卫·汉尼克’表示,通用编程量子计算机采用了量子逻辑门技术来处理数据。制造量子逻辑门需设计一系列激光脉冲,以操纵铍离子进行数据处理,再由另一个激光脉冲读取计算结果。一个简单的单量子比特门,可从0转换成1,也可从1转换成0。但与传统计算机的物理逻辑门不同的是,这台设备的量子逻辑门均已编码成激光脉冲。当激光脉冲量子门对量子比特实行简单逻辑操纵时,铍离子便会开始旋转,实现对量子比特的存储。

 

 

这台量子计算机的核心部件是具金色图样的铝晶片,内含直径约为200微米的电磁圈。科学家将两个镁离子和两个铍离子置于电磁圈中,镁离子可起到“稳定剂”的作用,消除离子链的不必要振动,保持计算机的稳定性。

 

 

由于两个量子比特的操纵具有多种可能,研究小组随机选取了160种操纵方式进行了演示,以验证处理器的通用性。每次操纵都用31个不同的量子门击打量子比特,将其编码成激光脉冲。这其中大部分为单量子比特门,脉冲只需要与单一离子进行相互作用。少数的双量子比特门则需要与两个离子同时发生交互作用。而通过对电磁圈旁黄金电极上的电荷进行控制,研究职员能有效增加所需的离子数目。

 

 

不过,这一量子计算机仍存在着相当的题目。例如,尽管每个量子门的正确率都在90%以上,而当综合使用时计算机的整体正确率却下降到79%。这主要是由于激光脉冲的强度不同所造成的,汉内克解释说:“脉冲的波动性可造成这种误差,而光线的散射和反射等,也可能是原因。”

 

 

研究小组表示,通过提升激光的稳定性和减少光学设备的误差,可有效进步芯片的运行正确率。在正确率提升至99.99%时,该芯片才能作为量子处理器的主要部件,终极实现通用编程量子计算机的实际应用。

 

 

据美国物理学家组织网5月3日(北京时间)报道,德国马克斯普朗克量子光学研究所的科学家格哈德·瑞普领导的科研小组,首次成功地实现了用单原子存储量子信息——将单个光子的量子状态写进一个铷原子中,经过180微秒后将其读出。最新突破有看助力科学家设计出功能强大的量子计算机,并让其远间隔联网构建“量子网络”。

 

 

量子计算机因其能同时处理用单个原子和光子等微观物理系统的量子状态存储的很多信息,计算速度更快。但量子计算机进行操纵时,其内部不同组件之间必须能进行信息交换。因此,科学家希看量子信息能在光子和物质粒子之间交换。

 

 

此前,科学家实现了光子和数千个原子集合之间的信息交换,现在首次证实,采用一种可控的方式,量子信息也能在单个原子和光子之间交换。实现光子和单个原子之间信息交换的最大障碍是,光子和原子之间的相互作用太微弱。在最新研究中,科学家将一个铷原子放在一个光学共振器的两面镜子间,接着使用非常微弱的激光脉冲让单光子进进该共振器中。共振器的镜子将光子前后反射了多次,大大增强了光子和原子之间的相互作用。

 

 

研究职员还通过添加一束激光——控制激光(在铷原子同光子相互作用时,直接射向铷原子),让铷原子吸收一个光子,从而让铷原子进进一种稳定的量子状态。且原子自旋会产生磁矩,该磁矩的方向将决定用来存储信息的稳定的量子状态。

 

 

这个状态可被相反的过程读出:他们再次使用控制激光照射铷原子,使其重新开释出刚开始进射的光子。结果发现,在大多数情况下,读出的量子信息同最初存储的信息一致,也就是所谓的保真度超过90%。而传统不基于量子效应获取的保真度仅为67%。且量子信息在铷原子内的存储时间约为180微秒,这能与以前基于多个原子方法获得的量子存储时间相媲美。

 

 

但是量子计算机或量子网络所要求的存储时间要比这更长。另外,受到照射的光子中有多少被存储接着被读出——所谓的效率,现在还不到10%。科学家正着力进行研究以改进存储时间和效率。

 

 

研究职员霍尔格·斯派克特表示,使用单个原子作为存储单元有几大上风:首先单个原子很小。其次,存储在原子上的信息能被直接操纵,这一点对于量子计算机内逻辑操纵的执行来说非常重要。另外,它还可以核查出光子中的量子信息是否在不破坏量子状态的情况下被成功写进原子中,一旦发现存储出错,就会重复该过程,直到将量子信息写进原子中。

 

 

另一名科学家斯蒂芬·里特表示,单原子量子存储的远景不可估量。光和单个原子之间的相互作用让量子计算机内的更多原子能相互联网,这会大大增强量子计算机的功能。而窃冬光子之间的信息交换会使原子在长间隔内实现量子纠缠。因此,科学家们正在研发的最新技术有看成为未来“量子网络”的必备零件。

 

 

近日,D-Wave自豪地公布,全球首台真正的商用量子计算机D-WaveOne终于诞生了!其采用了128-qubit(量子比特)的量子处理器,性能是原型机的四倍,理论运算速度远远超越现有所有的超级计算机。当然,由于其架构特别的关系,目前只能用于处理部分特定的任务,例如高智能AI运算等,通用性还有尚不及现有的传统电脑。同时,D-WaveOne在散热方面亦有非常苛刻的要求,自启动起其必须全程采用液氦散热,以保证其在运行过程中足够“冷静”。

 

新型"超原子"兼具电性磁性 助研量子计算机

据美国物理学家组织网6月8日报道,美国科学家发现了一种性能稳定的新型“超原子”,是由1个铁原子和8个镁原子集结而成的原子簇,具有令人不可思议的磁性。科学家们认为,电性和磁性兼备的这种超原子可用来组装分子电子设备,从而为下一代处理器、存储器和量子计算机的研制奠定基础。

弗吉尼亚联邦大学的物理学教授施夫·汉纳领导的团队发现了该超原子。他们在《美国国家科学院院刊》上报告称,不具有磁性的镁元素在新型超原子中被铁原子磁化,也拥有了磁性。新的超原子拥有一个磁矩,其大小为4玻尔磁子,大约为固体磁铁中铁原子磁矩的两倍。磁矩是该原子簇磁强度的衡量指标。尽管元素周期表中有100多种元素,但在固态下表现出磁性的只有9种。“我们的研究找到了一种新方法,通过控制不具有磁性的元素同单个具有磁性的原子的结合,让本身不具有磁性的元素拥有磁性。”汉纳说。

该研究团队还发现,当原子簇拥有8个镁原子时,其充满电子的壳层与未填满的壳层几乎完全分离,从而获得非凡的稳定性。当一个原子的最外层被填满并且与未填满的壳层分开时,该原子处于一种稳定的状态,惰性气体的原子就是如此。

这种兼具磁性和导电性的超原子将在分子电子设备领域大展拳脚。分子电子设备是用单个分子、超分子或分子簇代替硅基半导体晶体管等固体电子学元件来组装逻辑电路,乃至组装完整的分子计算机。分子设备使具有特定自旋方向的电子能流动,可以用于量子计算机中。或许未来据此组装出的分子设备能用来制造更紧密的集成设备、数据处理速度更快的存储器乃至量子计算机等。

新的超原子还会优先使朝特定方向自旋的电子遍及整个原子簇,汉纳团队正在对新的超原子的集合进行研究。他表示,将超原子集合在一起或许可以用于制造自旋电子设备——使用电子自旋来合成新的存储设备和数据处理过程。

《科技日报》http://www.cnbeta.com/articles/145399.htm

 

量子计算机图像识别更准?

“输入一个问题,你得到的答案将比传统计算机更精确,”罗斯说。他说实验表明,使用D-Wave系统的软件可以学习,比如学习怎样才能让识别图片中特殊物体的准确率比传统计算机提高9%。罗斯预测,随着编程人员学习使用D-Wave技术的方法来优化代码,两种计算机之间的差距将越来越大。

这是为何。。

 

huihust (火马)

话说Dwave的量子计算机,确实是做的最成功的

【 在 asker (Play the hand well) 的大作中提到: 】
: http://www.mittrchinese.com/single.php?p=70291
: “输入一个问题,你得到的答案将比传统计算机更精确,”罗斯说。他说实验表明,使
用D-Wave系统的软件可以学习,比如学习怎样才能让识别图片中特殊物体的准确率比传统
计算机提高9%。罗斯预测,随着编程人员学习使用D-Wave技术的方法来优化代码,两种计
算机之间的差距将越来越大。
: 这是为何。。

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2011-06-03 16:38:17
香港中文大学
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Insomnia (完美主义是种病)

刚作出来第一台吧,这东西好用不好用还有待时间的检验
【 在 huihust (火马) 的大作中提到: 】
: 话说Dwave的量子计算机,确实是做的最成功的
: 用D-Wave系统的软件可以学习,比如学习怎样才能让识别图片中特殊物体的准确率比传统
: 计算机提高9%。罗斯预测,随着编程人员学习使用D-Wave技术的方法来优化代码,两种计
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2011-06-03 16:53:57
英国Queen’s University of Belfast
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小时候, 中华是一管白白的牙膏,我在这头,笑容在那头
上学后, 中华是一支细细的铅笔,我在这头,作业本在那头
工作时, 中华是一条红红的香烟,我在这头, 领导在那头
结婚时, 中华是一部亮亮的汽车, 我在这头, 丈母娘在那头
现在, 中华是一条长长的国界, 我在这头,家人在那头
— 非原创, 凭记忆复述了, 原作者google不到了

SHENOK (陷入经济危机的牙)

忽悠经费的
【 在 asker (Play the hand well) 的大作中提到: 】
: http://www.mittrchinese.com/single.php?p=70291
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D90ER (单反新手)

也不要随便就否定别人,量子计算说不定哪天就成了气候
【 在 SHENOK (陷入经济危机的牙) 的大作中提到: 】
: 标  题: Re: 量子计算机图像识别更准?
: 发信站: 水木社区 (Fri Jun  3 16:53:57 2011), 站内
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: 忽悠经费的
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世界上有一种开心是永远买不来的,它要求你比较年轻,而且比较傻。
可惜人老了以后固然不能再年轻,看过很多事后,再想变得傻一点也比较困难。
所以那种开心只有一度。

xtalk (乱码)

上周听潘建伟说,量子计算机现在的路走的是不是正确都不知道,估计商用还要几十年
【 在 D90ER (单反新手) 的大作中提到: 】
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2011-06-03 21:07:18
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小时候, 中华是一管白白的牙膏,我在这头,笑容在那头
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工作时, 中华是一条红红的香烟,我在这头, 领导在那头
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SHENOK (陷入经济危机的牙)

量子计算机的优势, 理论上是体积

几个原子一个bit

目前的劣势有很多,量子电线太短, 速度不行..

但理论上算法这么高层的东西跟电子计算机是完全等价的

【 在 D90ER (单反新手) 的大作中提到: 】
: 标  题: Re: 量子计算机图像识别更准?
: 发信站: 水木社区 (Fri Jun  3 17:07:46 2011), 站内
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: 也不要随便就否定别人,量子计算说不定哪天就成了气候
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2011-06-03 21:12:37
瑞士
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robustman (上帝算个球)

人家天然PAC不能比啊

【 在 SHENOK (陷入经济危机的牙) 的大作中提到: 】
: 量子计算机的优势, 理论上是体积
: 几个原子一个bit
: 目前的劣势有很多,量子电线太短, 速度不行..
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2011-06-03 22:44:43
英国Queen’s University of Belfast
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某人去配眼镜:
问:我以后带上眼镜就可以看书了么?
答:可以看书和报纸
问:那么我以后就不是文盲了?

bun (狗剩)

优势是天然的并行性吧?是否等价有定论了吗?
【 在 SHENOK (陷入经济危机的牙) 的大作中提到: 】
: 标  题: Re: 量子计算机图像识别更准?
: 发信站: 水木社区 (Fri Jun  3 21:07:18 2011), 站内
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: 量子计算机的优势, 理论上是体积
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: 目前的劣势有很多,量子电线太短, 速度不行..
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: 但理论上算法这么高层的东西跟电子计算机是完全等价的
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: 【 在 D90ER (单反新手) 的大作中提到: 】
: : 标  题: Re: 量子计算机图像识别更准?
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2011-06-03 22:45:10
广东省深圳市电信
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某人去配眼镜:
问:我以后带上眼镜就可以看书了么?
答:可以看书和报纸
问:那么我以后就不是文盲了?

bun (狗剩)

在不知道是否正确之前,就要尝试。
【 在 xtalk (乱码) 的大作中提到: 】
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2011-06-03 23:29:22
加拿大
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maxian (MAXIAN)

理论算法怎么就等价了…… 你一句话就把 BQP = BPP 给证了,太牛了。一大帮人要失业了。
本来量子计算火起来就是由于量子算法有潜在比经典计算机指数提高的可能,94年Peter Shor弄了个量子傅里叶变换搞定大数分解,后来n多人想找出量子计算和经典计算的包含关系未果。不过普遍认为各种证据表明量子计算能做更多的事情,不过暂时证不出来而已。

至于你说量子计算机的优势是体积更是扯淡。Dwave那个128比特的处理器比ipad都大了,还不算它运行时的冰箱。那个处理器必须降温至铝的超导温度才能运行,必须放到Dilution refrigerator里,那玩意儿都一人高了。
至于理论上几个原子一个bit,经典也可以。只是量子是qubit,可以存相位信息而已,无视相位信息就是个经典比特。现有的大部分实现除了ion trap、neutral atom trap之流是一个原子一个bit以外,大部分实现例如超导电路和NMR之类的都是大量的原子构成的一个比特。大小根本不是优势。

至于量子电线……我第一次听到,恕我孤陋寡闻。你要是想类比下电路,对不起,Dwave的那只刚好是绝热量子计算,不是基于量子电路模型的。嗯。

我承认量子计算现在根本看不到正确方向,大部分是忽悠经费,不过各种乱喷就不对了。吐槽完毕。

【 在 SHENOK (陷入经济危机的牙) 的大作中提到: 】
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2011-06-04 01:34:09
新加坡南洋理工大学
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在到达山顶的路上,有些人走得慢,有些人绕了弯路,但可能看到更多的风景,
收获更多的感悟。

楼主 asker (Play the hand well)

处理器都做这么小了?

【 在 maxian (MAXIAN) 的大作中提到: 】
: 理论算法怎么就等价了…… 你一句话就把 BQP = BPP 给证了,太牛了。一大帮人要失业了。
: 本来量子计算火起来就是由于量子算法有潜在比经典计算机指数提高的可能,94年Peter Shor弄了个量子傅里叶变换搞定大数分解,后来n多人想找出量子计算和经典计算的包含关系未果。不过普遍认为各种证据表明量子计算能做更多的事情,不过暂时证不出来而已。
: 至于你说量子计算机的优势是体积更是扯淡。Dwave那个128比特的处理器比ipad都大了,还不算它运行时的冰箱。那个处理器必须降温至铝的超导温度才能运行,必须放到Dilution refrigerator里,那玩意儿都一人高了。
: ……………….

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2011-06-04 04:23:27
英国
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小时候, 中华是一管白白的牙膏,我在这头,笑容在那头
上学后, 中华是一支细细的铅笔,我在这头,作业本在那头
工作时, 中华是一条红红的香烟,我在这头, 领导在那头
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SHENOK (陷入经济危机的牙)

“理论上”是体积

你冰箱再大也跟理论上无关

【 在 maxian (MAXIAN) 的大作中提到: 】
: 理论算法怎么就等价了…… 你一句话就把 BQP = BPP 给证了,太牛了。一大帮人要失业了。
: 本来量子计算火起来就是由于量子算法有潜在比经典计算机指数提高的可能,94年Peter Shor弄了个量子傅里叶变换搞定大数分解,后来n多人想找出量子计算和经典计算的包含关系未果。不过普遍认为各种证据表明量子计算能做更多的事情,不过暂时证不出来而已。
: 至于你说量子计算机的优势是体积更是扯淡。Dwave那个128比特的处理器比ipad都大了,还不算它运行时的冰箱。那个处理器必须降温至铝的超导温度才能运行,必须放到Dilution refrigerator里,那玩意儿都一人高了。
: ……………….

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2011-06-04 06:46:08
北京市世纪互联数据中心
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某人去配眼镜:
问:我以后带上眼镜就可以看书了么?
答:可以看书和报纸
问:那么我以后就不是文盲了?

bun (狗剩)

顶一下。
有些人听别人说几句,自己都没有明白是怎么回事呢,就喜欢乱愤
【 在 maxian (MAXIAN) 的大作中提到: 】
: 理论算法怎么就等价了…… 你一句话就把 BQP = BPP 给证了,太牛了。一大帮人要失业了。
: 本来量子计算火起来就是由于量子算法有潜在比经典计算机指数提高的可能,94年Peter Shor弄了个量子傅里叶变换搞定大数分解,后来n多人想找出量子计算和经典计算的包含关系未果。不过普遍认为各种证据表明量子计算能做更多的事情,不过暂时证不出来而已。
: 至于你说量子计算机的优势是体积更是扯淡。Dwave那个128比特的处理器比ipad都大了,还不算它运行时的冰箱。那个处理器必须降温至铝的超导温度才能运行,必须放到Dilution refrigerator里,那玩意儿都一人高了。
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2011-06-04 10:30:15
湖南省长沙市电信
在本版活跃指数 12.4


在夜幕来临之际,火光摇曳妩媚,灿烂多姿,是最美最美的。

NirViaje (in memory of J.S.Bach)

哪有datasheet什么的可以下? 他们网站上转了一圈没什么可看的东西.. .

【 在 maxian (MAXIAN) 的大作中提到: 】
: 理论算法怎么就等价了…… 你一句话就把 BQP = BPP 给证了,太牛了。一大帮人要失
业了。
: 本来量子计算火起来就是由于量子算法有潜在比经典计算机指数提高的可能,94年
Peter Shor弄了个量子傅里叶变换搞定大数分解,后来n多人想找出量子计算和经典计算
的包含关系未果。不过普遍认为各种证据表明量子计算能做更多的事情,不过暂时证不出
来而已。
: 至于你说量子计算机的优势是体积更是扯淡。Dwave那个128比特的处理器比ipad都大
了,还不算它运行时的冰箱。那个处理器必须降温至铝的超导温度才能运行,必须放到
Dilution refrigerator里,那玩意儿都一人高了。
: ……………….

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2011-06-04 13:43:23
北京市中国科学院半导体研究所
在本版活跃指数 15.0


huihust (火马)

应该没
量子计算机在硬件上实现是比较难,但我相信几十年后是很可能实现的。
它的优越性是并行性和纠缠态。

目前量子算法和量子线路的研究还算比较火的,PRA,PRL上文章很多

前面关于量子电线的说法,确实没听过

【 在 NirViaje (in memory of J.S.Bach) 的大作中提到: 】
: 哪有datasheet什么的可以下? 他们网站上转了一圈没什么可看的东西.. .
: 业了。
: Peter Shor弄了个量子傅里叶变换搞定大数分解,后来n多人想找出量子计算和经典计算
: ……………….

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2011-06-07 11:40:02
在本版活跃指数 17.0


江 ┌  ─┼—─ ┌─┬┴┬╮╭╋╭━┓┓┌┼┬╮┬╮ 越剧协会十周年专场演出弦
南     ─┼—─ ┌─┴─┴┐┏╋┌━╋┓┌┴┴┐╯│  2011.5.21(周六)18:30 歌
越 │╰┬┴—┬ ╭────┐┏┣┃╰╋  ╭──┐ │    蒙民伟楼多功能厅   雅
色     ├──┤ ├────┤┃┃┗╯╰┛├──┤/ │        免票入场       韵
浓 ╰╰┘──┤ └────╯┗┗━━━╯└──╯─┘   敬请关注 THAxiqu版  惬

askthesky (越协十年)

赞!

btw,我一直臆想量子计算机是非确定性图灵机模型..
【 在 maxian (MAXIAN) 的大作中提到: 】
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: 至于你说量子计算机的优势是体积更是扯淡。Dwave那个128比特的处理器比ipad都大了,还不算它运行时的冰箱。那个处理器必须降温至铝的超导温度才能运行,必须放到Dilution refrigerator里,那玩意儿都一人高了。
: ……………….

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2011-06-08 16:06:15
浙江省杭州市华数宽带
在本版活跃指数 16.9


temporary (昙花一现)

急什么。量子计算机出来的时候,说不定狗头都上cw了…
【 在 D90ER (单反新手) 的大作中提到: 】
: 也不要随便就否定别人,量子计算说不定哪天就成了气候

 

 

引入量子效应 软件更聪明

为了加快计算机的学习速度,国防公司洛克希德马丁(Lockheed Martin)购买了使用量子技术的计算机系统来处理数据。它向D-Wave 系统公司支付了1000万美元用于购买计算机和应用支持。D-Wave宣称这是量子计算系统的首笔交易。

来源:麻省理工科技创业

新系统叫做D-Wave One,与传统计算机相比并没有太显著的能力提升。但它只是量子计算完美实现过程中的一步,理论学家已经证明了量子计算可以轻松的解决那些对别的计算机来说不可能的问题,比如,用数学计算以惊人的速度破解加密系统。

在计算机体积如房间大小的时代,洛克希德公司购买的D-Wave One系统占地100平方英尺。它不是作为独立计算机运行,而是充当传统计算机的专业助手,传统计算机上运行的软件从历史数据中学习,之后对未来事件作出预测。国防公司说它打算使用新购买的系统来辅助软硬件结合的产品的缺陷识别。目标是减少这样的系统因为无法预料的技术问题而产生的成本超支情况,洛克希德的发言人泰德·麦登(Thad Madden)说。这样的挑战在一定程度上是因为最近关于F-35强击机超出预算20%的新闻。

D-Wave One的核心是由128位量子比特(量子位元的简称)组成的处理器,使用磁场表示数据1或0,还开发了量子技术来达到同时表示0和1的“叠加”状态。当处于叠加状态的量子比特协同工作时,它们可计算的数据量是普通比特的指数倍。

那些量子比特的形式是富含铌的金属环,这种材料在低温下会变成超导体,在核磁共振(MRI)扫描仪的磁场中有广泛应用。量子比特通过由超导铌合金组成的耦合器连接,这种合金可以控制表示量子比特的相邻磁场之间的作用力。在执行计算的过程中使用磁场来设置量子比特和耦合器的状态,等待短时间后,从量子比特中读出最终的数值。

D-Wave机器的目的是在一件事情上比传统计算机做得更好:为那些只能采用穷取法解决的问题找到最接近的答案。D-Wave只运行一个量子热处理算法,该算法被固化到机器的物理设计中,D-Wave的创始人兼CTO乔第·罗斯(Geordie Rose)说。送往芯片的数据被译成量子比特值和连接它们的耦合器的设置。之后,互连的量子比特经过一系列量子力学变化产生结果值。“你把问题放到硬件中,它充当了你要解决的问题的物理代理,”罗斯说。“所有的物理系统都想缩减到最小的能量级,拥有最大的熵(热力学函数,表示平均信息量),”他解释说,“我们的系统可以缩减到表示解决方法的状态。”

尽管该硬件是引入的,但其目的是被不懂量子力学的软件工程师使用。一个简单协议组(叫做API,应用程序编程接口)使得把数据以标准格式放入D-Wave 系统的操作变得简单。

“输入一个问题,你得到的答案将比传统计算机更精确,”罗斯说。他说实验表明,使用D-Wave系统的软件可以学习,比如学习怎样才能让识别图片中特殊物体的准确率比传统计算机提高9%。罗斯预测,随着编程人员学习使用D-Wave技术的方法来优化代码,两种计算机之间的差距将越来越大。

谷歌利用D-Wave技术加速识别图片的实验已经进行了很多年。公司的软件工程师把它作为云服务来通过因特网访问D-Wave的温哥华(Vancouver)总部。2009年,公司发表的文章表明,在谷歌数据中心运行量子系统胜过传统软件。

圣地亚哥超级计算机中心(San Diego Supercomputer Center)的艾伦·斯纳温利(Allan Snavelly)使用过嵌入D-Wave系统的算法的传统版本。他说这个为“大海捞针”类的问题所设计的算法对于计算机科学非常重要。“你在看到这些问题的正确答案的时候知道就是它,但要在有指数级可能性的答案中寻找它们是非常困难的,”他说。“能在使用传统软件工具的新系统上做实验,对程序员是非常有诱惑力的,” 斯纳温利说。“它吸引你去考虑各种可能性,让你想得到一个答案。”

D-Wave的技术在其发展的12年中顽强的挺过了争论,量子计算研究员质疑公司的技术是否真的是开发了量子效应。5月12日科学期刊《自然(Nature)》上发表的一篇文章在某种程度上回应了这些关注者,报告说,假设量子效应正在工作的数学模型比经典物理学更好的解释了组成D-Wave One的8位量子比特的其中一层。

然而,实验并没有表明在硬件上运行计算的结果,这给许多量子计算专家留下了疑问。罗斯说这个技术肯定使用量子效应,但是对于程序员来说只有一件事重要。“与传统方法相比,你得到了一个更好的软件。”

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量子计算机时代即将来临

这是我们第一次可以揭密并展示D-Wave这个黑箱子,是如何驾驭量子力学来解决问题的。首席技术官乔迪•罗斯说道。

D-Wave是一家从英属哥伦比亚大学独立出来的公司,2007年时就因大胆宣布他们已经制造出世界上第一台商用量子计算机上过头条新闻。由于很难展示该计算机究竟是如何基于量子特性工作的,当时很多人对D-Wave的声明表示怀疑。但是他们之后继续为驾驭量子计算巨大能力这个挑战性的目标而努力。

一般来说,传统计算机采用的是0与1的二进制计算,二进制很容易以电路的开与关,或者高电平与低电平表示。而量子计算则用一个个量子态代替了传统计算机的二进制计算位,称之为“量子位”(qubit)。可以用量子态的正向和反向自旋分别代表0与1。与传统计算机不同的是,量子态可以处于0和1的 “线性叠加态”,这使得同时计算能力比传统计算机有极大的提升。但是一直以来最大的问题在于,量子计算机的核心,即用于运算的量子态本身极易受到扰动,使得计算失败。所以关键就在于如何找到一种方法,使得量子系统不受外界因素的扰乱。

D-Wave的研究表明,使用一种称之为“量子退火”的技术,能够找到8个超导流量子位的基态(基态是指一个体系能量最低的状态),使之不被热运动或者噪声扰乱。既然许多复杂的问题最后都可以归结为寻找一个相互作用的自旋系统的基态,量子退火则已经有望解决一些形式的复杂问题了。

为实现量子退火,研究人员首先调整8个量子位,使其排成一列。由于特定方向的自旋会产生特定方向的磁场,研究人员得以让每一个量子位的自旋和它左右相邻的两个保持同一方向(向上或者向下)。然后,研究人员把两端的量子位调整为反向,并允许中间6个量子位根据它们各自相邻的量子位,重新调整自旋方向。由于外力强制了那两个量子位自旋反向,这一调整过程最终变成一个“受阻”的铁磁体阵列。然后,通过向同一方向倾斜量子位并升高能垒,研究人员最终使得该系统演化成了一种特殊的受阻自旋阵列,即为基态。

量子位可以通过两种方式改变自旋方向:通过量子力学的隧穿机制,或者通过经典的热运动。由于加热会破坏量子位的量子性质,研究人员必须使用一种纯粹通过隧穿效应使得自旋反转的方法。他们使用了某种冷却系统,直到隧道和热运动导致的转换都已经停止,量子位被“冻结”。通过在不同温度下重复这一过程,研究人员就能够确定如何只使用隧道效应完成量子退火了。

根据研究人员解释,增加自旋的数量,可以使该系统提供一个物理上实际可行的方法来实现一些量子算法。研究人员目前正应对这一挑战,并计划将这一过程应用于,诸如机器学习和人工智能之类的领域。

同时,D-Wave也继续其语不惊人死不休的风格,尽管相信目前并无实际产品问世,其发表于《自然》杂志的 论文也只是论述了原理。但在其官网上,则已经放出了一款被名为D-Wave One的商业量子计算机,处理器将拥有128量子位。没有写价格。(现在的消息是已经卖出了一台)。

实际上,D-wave的芯片不是一般科学界所说的量子计算机。

一般我们说的量子计算机,是指用量子门电路操纵量子位来进行计算的计算设备。它利用了量子物理最基本的性质:量子状态是可以叠加的。打个不太恰当的比喻,传统计算机可以操纵n维的空间,量子计算机操纵的则是2^n维的空间。不过,这个2^n维的空间可不是随便操纵的,只能用所谓“酉变换”来进行,所以也没有想象中什么“同时搜索所有解答”那么强大。

D-wave的芯片不是传统意义上利用量子门电路进行计算的芯片,严格意义来讲不是一般说的量子计算机,估计计算能力也没那么强;然而,如果将量子计算机定义为关键的计算过程依赖于量子效应的计算机的话,那么D-wave的芯片可以被称为量子计算机。另外,D-wave的芯片不是万能的,它只能解决一个特定的问题,不过这个特定的问题应用范围比较广,所以还是比较有意义的。(引自 fwjmath 的日志,来源:《自然》5月12日论文)

美国科技是第一,除非中国开发出量子计算机

世界经济论坛的全球信息技术报告称,美国科技是第一,除非中国开发出量子计算机,美国在全球IT技术的排名已经下滑到第五位。MarketWatch专栏作家德沃拉克(John C. Dvorak)认为,这一报告完全是基于错误研究方法,得出错误结论。美国仍然是IT第一大国,唯一值得担心的就是微电子机械系统可能落后。

以下即德沃拉克的评论文章全文:

世界经济论坛的年度“全球信息技术报告”显示,在我们使用的IT技术当中,美国的贡献居第五位,而瑞典则居于榜首。

报告还告诉我们,连新加坡、芬兰和瑞士都跑到了美国前面。我的第一反应是:韩国排名怎样?当这样的研究出炉,他们可是一贯会对我们喋喋不休的。

事实是,这报告可谓是没有最无聊,只有更无聊。我们的失业青年可没有跑到街上去抗议,去暴乱,而是坐在电脑前,在Facebook上悠哉游哉,这本身就是最有说服力的证据。

我们才是天字第一号!

我很早以前讲究注意这一报告了,我发现,它确实有很多荒谬的地方。

多年以来,我到过报告上名列前茅的几乎所有国家,我的结论是,尽管他们都拥有极致的技术,但是除开极少数例外,这些技术的源头都在外面这里。计算机、社交媒体和移动技术,所有的舞台都是由我们来搭建的。在美国之外,还不曾有人发展出任何影响深远的东西。什么,你说百度(BIDU)?你可真让我无语。

微软(MSFT)、谷歌(GOOG)、Facebook、英特尔(INTC)、IBM(IBM)、甲骨文(ORCL)、云计算、社交网络、互联网、搜索技术——这些可有一样和瑞典有一毛钱的关系?

当美国在科技上落后的消息传来,到处都是一片恐慌,让人想起当初前苏联在卫星技术上领先的“斯普特尼克时代”。算了吧,我告诉你们:这些消息根本都是浮云。

除非中国开发出量子计算机,除非有人发明了一种新的电池技术,能够一夜间解决世界的能源问题,不然一切就都是浮云。

看看AMD(AMD)和英特尔还在猫狗大战一样起劲儿地干着这样的事情,我们就会明白,前面所说的假设,终究是假设而已。斯普特尼克当初之所以会出现,还是我们自己睡着了的缘故。

事实上,如果说是中国或者其他的什么人能够一轮又一轮地领先我们,那倒真是奇迹。

世界经济论坛做的事情,看上去就是选出一些小国家,他们比其他的国家对一些技术的拥抱更加彻底。最直观的证据就是,一个技术可以让一个国家达到饱和,那么这个国家的人口一般都不会超过1000万。这又意味着什么?

我想到了酿酒。我们可以说,任何一个掌握了一点酿酒技术的人,都可以自己酿上一桶葡萄酒,储存足够多的年头,然后拿出来炫耀——这确实是难得的佳酿。然而,真正难得的,其实是同时拿出25万桶上乘的葡萄酒。将两种不同数量级和重量级的酿酒者进行比较,是很荒唐的事情。

将3亿人口的美国和530万人口的芬兰进行比较,难道不是一样的荒唐?

因此,如果我们因为自己在科技上“落后”而担心,那不但是杞人忧天,而且根本就是浪费时间。我们应该等到无法发展新的理念和新的方法时再开始担心。

近年以来,唯一值得我们去担心的,或许是我们在微电子机械系统(MEMS)领域的落后,而对于这一点,那些所谓预言家们和盲目的恐慌者们却似乎懵然无知。

什么是微电子机械系统?大家最熟悉的,可能还是来自德州仪器(TXN)的数字光处理器(DLP),以及亚马逊(AMZN)的Kindle电子阅读器所使用的数字纸显示技术。

总之,如果你非要担心什么,那就去担心微电子机械系统吧,去担心中国和其他国家盗用我们的专利吧。在我看来,这些倒的确是很重要的事情。

至于那报告的排名?根本是驴唇不对马嘴。

(新浪财经:子衿)