月度归档:2012年02月

IBM称量子计算机研究已取得重大突破

北京时间2月28日消息,IBM研究部门的科学家今天称,他们在量子计算方面取得了重大进展,如今,工程师们已可以开始研制完全实用的量子计算机了。

这项技术突破允许科学家在初步计算中减少数据错误率,同时在量子位(qubits)中保持量子机械属性的完整性。

位于美国纽约州约克城高地(Yorktown Heights)的IBM TJ沃森研究中心的物理信息主管马克·凯琴(Mark Ketchen)称,量子计算机的创建意味着数据处理能力将比目前的常规处理器提高许多倍。

同目前的传统数位一样,量子位有两种可能的值:a0或者a1。区别只在于一个数位必须是0或1,而一个量子位却可以是0、1,或者两者的叠加。

凯琴称,“如果取两个量子位,那么我们可以同时得到00、01、10和11。如果取3个量子位,则可以同时有8种状态(000、001、111等)。每增加一个量子位,就可以同时得到加倍状态的数量。这是量子计算机之所以更强大的部分原因。”

IBM称,虽然量子计算机要成为现实还有很长的路要走,也许要10至15年,但是,在减少差错率和在量子位中保持量子机械属性的完整性等方面取得的进步,为这种新的微型制造技术的试验敞开了大门。

IBM团队在2月28日召开的美国物理学会一年一度的会议上展示了他们的量子计算研究进展。IBM正在试验超导量子位。使用了为硅技术开发的成功的精细加工技术,不过却是在一种蓝宝石芯片上制造的。这就为有一天制造出数千个或数百万个量子位提供了可能性。

凯琴表示,事情已经发展到这个地方。虽然我们也许没有准备好建造一台量子计算机,但是,现在是开始思考这种计算机是什么样子和它能够做什么的时候了。

在原子层级,原子及其组件(如电子)的行为是不同的,它们能适应组成量子系统的量子物理学的规则。在这些状态中,量子系统能够以这种方式操作:某些数学问题的解决和逻辑操作所需要的时间要比传统机械计算缩短了指数倍。举例来说,一台量子计算机能够在一个切实可行的时间段里把一个非常大的整数分解为它的质因数(如,3和5是15的因数),而使用传统电子元件解决同样的问题可能需要和宇宙年龄同样久远的时间。

例如,目前最好的多核处理器能够加密或解密150位密码。但是,如果你想解密一个1000位密码的话,就需要全世界的计算资源来做这个事情。然而从理论上说,在一台量子计算机上解决这个问题只需几个小时。

并不仅仅是IBM在研究量子计算。在圣巴巴拉的加州大学和耶鲁大学也在做同样的研究。然而,凯琴争辩称,只有IBM拥有实际制造量子计算芯片的资源。

凯琴表示,IBM目前已能够在足够长的时间里保持一个栅电极的状态以便进行某个操作,准确率达95%。科学家要使这种准确率达到99%以上。这样才能把差错率减少到这种程度:以人们可以接受的准确程度使用量子计算机进行计算。

凯琴表示,“一旦数据差错率足够小,我们就可以把许多栅电极组合在一起得到一个完美的量子位。这说明我们已经获得了入场券,可以开始制造一些东西并得到正确答案了。这还表明,我们必须开始更认真地考虑制造更复杂的东西并且把这些东西组合在一起。”(编译/胡杨)

 

浅谈未来计算机及技术的前景

计算机技术的未来将是超高速,超小型,并行处理,智能化方向发展。尽管物理极限的限制,使用硅芯片计算机的核心部件CPU的性能将继续增长。由于摩尔定律驱动间成功的商业模式,预计在2001年,100亿个晶体管的微处理器,集成10亿个晶体管的微处理器,并预计在2010年推出,其性能为100 000 MIPS(百万指令1000 /秒)。每秒100万亿个超级计算机将出现在本世纪初。超高速计算机将采用并行处理技术,同时执行多个指令或多个数据处理的计算机系统,这是提高计算机体系结构,在计算机的运行速度的关键技术方面取得进展。
在同一时间,计算机将有更多的智能组件,它将具有多种感知,思维和判断能力,和自然语言的能力。除了提供输入(如语音将进入手写输入)一个自然的手段,人们可以产生各种互动装置身临其境的感觉已经涌现,虚拟现实技术是集中体现了这方面的发展。
传统的磁存储,光盘存储容量继续上升,新的海量存储技术是成熟的,每立方厘米的新型存储器存储容量高达10TB(300,000在一本书的话,它可以储存约15万册) 。永久存储的信息将成为现实,千年存储器正在研制这种存储器可以抗干扰,耐高温,防震,防水,防腐蚀。如果是这样,在这一天的大量文献可以保存原始和不朽。
新的计算机系统不断涌现
硅芯片技术的飞速发展,也意味着硅技术越来越接近其物理极限,为世界探索工作人员正在加紧探索发展新的电脑,电脑系统和结构的设备和技术革命,产生的金额甚至奔腾的质量。在21世纪,一个新型的量子计算机,光子计算机,生物计算机,纳米技术,计算机和将走进我们的生活,遍布各个领域。
量子计算机
量子计算机的基础上发展的基础上,它使用的链状分子聚合物的特点和关闭状态的量子效应,利用激光脉冲来改变分子的状态,使信息沿着聚合物移动,从而计算。
在量子计算机中的数据用量子位存储。由于量子叠加效应,一个量子位可以是0或1,也可以只存储,而且存储。一个量子位可以存储两个数据,相同数量的内存位,量子计算机的存储通常比电脑大得多。量子计算能够实现量子并行计算,其运算速度可能比目前个人电脑的奔腾III芯片快10亿倍。量子计算机的发展有三种类型:核磁共振(NMR)的量子计算机,硅基半导体量子计算机,离子阱量子计算机。通用量子计算机有望在2030年。
光子计算机
光子的全光数字式计算机,光子代替电子,光学计算机互连代替导线互连,在电子计算机,光计算,而不是电动操作硬件,而不是光学硬件。
相比,光计算机和电脑线平行通道密度大大信息的计算机传输。直径大小的棱镜季度,通过对多次在世界上现有的电话线的容量。平行光线,高速,自然决定了光计算机的并行处理能力,具有超高速运算速度。超高速电子计算机只能在低温条件下,光计算机在室温下工作。光学电脑也有类似的容错和人类的大脑。损坏或组件时出现错误,系统不会影响计算的最终结果。
目前,世界上第一个光学计算机一直是英国,法国,比利时,德国,意大利,欧盟70多个科学家成功开发出它的运算速度比计算机快1000倍。科学家们预计,光计算机的进一步发展将成为21世纪高科技课题之一。
生物计算机(分子计算机)
生物计算机的操作过程是蛋白质分子和周围其他功能的物理和化学介质的每个过程。电脑转换开关的程序行事,很清楚的酶,酶合成系统本身和蛋白质的结构。
在20世纪70年代,它被发现的脱氧核糖核酸(DNA),在不同的状态,可以带或不带代表的信息。在DNA分子遗传密码相当于存储在DNA分子,通过生化反应的数据,从一个到另一个遗传密码的基因代表玛丽。反应前的基因代码相当于将数据输入,反应后的基因代码相当于输出数据。如果我可以控制反应过程,它可以制作成功DNA计算机。
蛋白质分子比硅芯片上的电子元件与对方密集,生物计算机来完成计算少得多,所需的时间只有10微微秒,比人类的思维速度快100倍。 DNA分子的计算机具有惊人的存储容量,1立方米的DNA溶液可存储1万亿亿的二进制数据。 DNA计算机能源消耗非常小,只有电脑的十亿分之一。由于生物芯片的原材料是一种蛋白质分子,生物电脑的自我修复功能,而且还直接与生物体相关。预计10至20岁,DNA计算机将进入实用阶段。
纳米机器
“纳米”是一种度量单位,一纳米等于10 [-9]米,一个氢原子的直径约10倍。纳米技术是在新的领域的前沿研究在20世纪80年代初迅速发展,人类按照自己的意志直接操纵单个原子,创建具有特定功能的产品的终极目标。
从开始的MEMS(微机电系统)传感器,电机和一个处理器,一个芯片上,形成一个系统的各种纳米技术。计算机内存芯片,纳米技术的应用和它的体积,但数百个原子大小,这相当于一个人的头发直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要花费任何能源,其性能强大的电脑,比很多次。
研制成功的纳米计算机已经取得了一些令人鼓舞的消息,惠普实验室,研究人员已开始应用纳米技术开发的芯片,一旦他们调查的成功,将是开发和生产其他缩微电脑元件,扁平化的道路。
互联网继续传播和加强
今天,人们谈论的一定计算机和网络,一方面,孤立的网络未添加到计算机越来越难以看到另一方面,计算机网络扩展的概念。在20世纪90年代,在过去的发展如火如荼的兴起,互联网的影响和流行快是前所未有的。从这样的互联网技术,显着地改变我们的学习,生活和习惯。在世界上几乎所有国家都有计算机网络,直接或间接地连接到互联网,使它成为一个世界性的计算机网络。通过互联网和世界各地的人们可以自由地沟通各种信息,其他用户可以从互联网上获得。
互联网在中国的发展看,你可以感受到,互联网的快速普及。中国互联网网络信息中心(CNNIC)的调查对中国的互联网显示,中国互联网的发展显示了过去三年的爆炸性增长,2000年1月的情况,,上网计算机350万的数量在2001年以8.92万美元单位的两倍多; 2000年1月的数量的互联网用户,8.9亿美元;在2001年1月的统计数据为22.5亿美元,接近三倍至2000年1月48575,2001 1统计CN域名下月份注册的名称号码为122099,近三倍总容量高达2799M的8倍于2000年1月351M的国际一线。
人们充分领略到网络的魅力,互联网已经大大缩小了时间和空间的界限,计算机硬件资源,软件和信息资源共享,可以通过网络人。网络就是计算机“的概念,一再证实会逐渐被人们所接受。
在未来10年内,建立一个透明的全光网络势在必行,互联网的传输速率将提高100倍。在因特网上的医疗诊断,远程教育​​,电子商务,视频会议,视频库将能够普及。无线网络将成为许多未来竞争的主战​​场,我们可以打入随时通过无线连接,随时随地在互联网上进行沟通,获取信息,观看电视节目。
移动计算技术和系统
随着互联网的快速发展和广泛应用的成熟,无线的移动通信技术和计算机处理能力的新服务和应用的不断进步,不断涌现。移动计算是一个渐进的工作效率和随时能够交换和处理信息,已成为工业发展的重要方向。
移动计算包括三个要素:通信,计算机和移动。这三个方面是相互独立,但相互关联。移动计算的概念之前,他们的调查已经很长一段时间,移动计算是他们第一次结合的探索。它们可以相互转化,例如,计算系统的通信容量(源压缩,信道编码,缓存,预取)得到进展。
流动可以计算和通信带来新的应用,但也带来了许多新的课题。最大的新课题是如何面对无线移动环境的挑战。在无线移动环境下,信号是受各种干扰和衰落,多径和移动信号带来时域和频域分散,有限的带宽资源,传输延迟较大的新主题。这样的环境中,导致在移动通信网络和计算机网络中遇到的许多新的课题。首先,频道主题和系统配置的可靠性的新课题。有限的无线带宽,恶劣的通信环境中的各种应用必须建立一个不可靠的,它可能会断开物理连接。在移动计算网络环境中,移动终端位置移动通信系统的配置和实时更新。第二,以真正实现对各种移动计算,必须对宽带数据服务的支持。第三,现有的移动语音服务处理技术扩展到宽带数据服务。第四,如何在固定的计算机网络技术的成熟,移动计算网络。

——“论文发表咨询网”

 

量子计算机前途不确定

Quantum computing
量子计算机

An uncertain future
前途不确定

A series of reports from the annual meeting of the American Association for the Advancement of Science kicks off with new developments in quantum computing
一系列报告将随着量子计算的新发展开始,其首篇发表于美国科技进步协会年会上

Feb 25th 2012 | VANCOUVER | from the print edition

QUANTUM effects are vital to modern electronics. They can also be a damnable nuisance. Make a transistor too small, for example, and electrons within it can simply vanish from one place and reappear in another because their location is quantumly indeterminate. Currents thus leak away, and signals are degraded.
量子效应对现代电子学至关重要。但这些效应也能成为令人痛恨的麻烦事。例如,如果做一个太小的三极管,里面的电子就有可能莫名其妙地从一个地方消失,却又出现在另一个地方:这是因为它们的位置具有量子不确定性。这就发生了电流泄漏,从而降低了信号强度。

Other people, though, see opportunity instead. Some of the weird things that go on at the quantum scale afford the possibility of doing computing in a new and faster way, and of sending messages that—in theory at least—cannot be intercepted. Several groups of such enthusiasts hope to build quantum computers capable of solving some of the problems which stump today’s machines, such as finding prime factors of numbers with hundreds of digits or trawling through large databases. They gave a progress report to the annual meeting of the American Association for the Advancement of Science (AAAS) in Vancouver.
但也有人却将之视为机遇。正是一些在量子尺度上发生的怪事,使人们有可能以一种速度更快的新方式从事计算,并至少在理论上可以发出让人无法拦截的信息。几个热心于这一项目的研究小组希望能够造出量子计算机,它能解决一些当今计算机望洋兴叹的难题,例如找出有几百位的数字的质因子,或在庞大的数据库中筛选数据。他们向在温哥华(Vancouver)召开的美国科技进步协会(American Association for the Advancement of Science (AAAS))年会提交了一份进展报告。

At the core of their efforts lie the quantum-mechanical phenomena of superposition and entanglement. An ordinary digital computer manipulates information in the form of bits, which take the value of either 0 or 1. These are represented within the computer as different voltages of electric current, itself the result of the electron’s charge. This charge is a fixed feature of all electrons; each has the same amount of it as any other. But electrons possess other, less rigid properties like spin, which can be either “up”, “down” or a fuzzy, imprecisely defined combination of the two. Such combinations, known as superpositions, can be used to construct a quantum analogue of the traditional bit—the qubit.
支持他们努力的核心根据是量子力学的叠加和缠结现象。普通的数码计算机处理的是以二进位制数码形式存在的信息,其取值为0或1。在计算机中以电流的不同电压代表0和1,而电流本身是电子具有电荷的结果。所有电子所带电荷为一固定特质;各个电子的电荷毫无二致。但电子也具有其它不那么固定的性质;比如自旋,它可以是“上”、“下”或者一种定义不很严密的模糊状态,是前两种状况的结合。人们可以利用这些人称“叠加”的自旋结合状态建立传统的二进位码的量子模拟,即量子二进位码(qubit)(以下简称丘比特)[注]。

Entanglement, meanwhile, is the roping together of particles in order to add more qubits. Each extra qubit in a quantum machine doubles the number of simultaneous operations it can perform. It is this which gives quantum computing its power. Two entangled qubits permit four operations; three permit eight; and so on. A 300-qubit computer could perform more concurrent operations than there are atoms in the visible universe.
而缠结则是编结粒子,以此增加丘比特数。每当量子计算机增加一个丘比特,它能同时进行的操作数即可增加一倍。这就是量子计算机功能强大的缘由。两个缠结的丘比特可允许进行四种操作;三个则允许八次;余类推。一台300个丘比特的计算机能够同时进行的操作数超过了可见宇宙中所有原子的数量。

A coherent idea
耦合的构想

Unfortunately, such a machine is not in the offing. Entanglement and superposition are delicate things. Even the slightest disturbance causes qubits to “decohere”, shedding their magical properties. To build a working quantum computer, qubits will have to become more resilient, and progress so far has been slow. The first quantum computations were done in the lab in 1995. Since then various teams have managed to entangle as many as 14 qubits. The record holders, a group in Innsbruck, use a device called an ion trap in which each qubit exists as a superposition of a rubidium atom at different energies. Raymond Laflamme and his colleagues at the University of Waterloo, in Canada, have managed to entangle 12 qubits by performing a similar trick, entangling certain atoms within a single molecule of an amino acid called histidine, the properties of which make it particularly suited to such experiments.
遗憾的是,这样的计算机还远非触手可及。缠结和叠加都是精细的现象。哪怕最细微的干扰也会让丘比特“退耦合”,破除它的神奇特性。要想建造一台实用的量子计算机,丘比特必须更为强韧,但这方面至今进展缓慢。第一批实验室量子计算1995年即告成功;从那时起,不同的研究团队都成功地做出了量子缠结,最高达到14个丘比特。最高记录是奥地利因斯布鲁特的一个小组创作的,他们使用一种叫做离子阱的装置,其中每个丘比特以不同能量的銣原子叠加的形式存在。加拿大滑铁卢大学(University of Waterloo)的雷蒙德•拉弗拉米(Raymond Laflamme)等人的方法与此类似;他们使用的是一种名为组氨酸的氨基酸,该物质的性质特别适于做这样的实验。他们在单个组氨酸分子中缠结了某种原子,成功地取得了12个丘比特的成绩。

The problem with these approaches is that they will not be easy to scale up. Ion traps reside inside big vacuum chambers, which cannot easily be shrunk. And a molecule of histidine contains only so many suitable atoms. So the search is on for more practical qubits.
采用这类方法的问题在于难以放大规模。离子阱必须置于大型真空腔内,其尺寸难以缩小。而在一个组氨酸分子中只能容纳某固定数的合适原子。因此人们还在继续搜寻更为实用的丘比特。

One promising approach is to etch qubits in semiconductors. Charles Marcus, previously of Harvard University and now at the University of Copenhagen, has been using electrons’ spins to do this. Single-electron qubits decohere quickly, so his team decided instead to create a qubit out of two electrons, which they trapped in “quantum dots”, tiny semiconducting crystals (of gallium arsenide, in this case). When two such dots are close together, it is possible to get an electron trapped in one to pop over and join its neighbour in the other. The superposition of the two electrons’ spins produces the qubit.
一种很有希望的方法是在半导体内刻蚀丘比特。过去在哈佛大学、现在在哥本哈根大学工作的查尔斯•马库斯(Charles Marcus)一直在利用电子自旋这样做。单个电子的丘比特很快便退耦合了,因此他的团队决定改用两个电子产生丘比特。在他们的工作中,电子陷落在“量子阱”,即极小的砷化镓半导体晶体内。当两个这样的量子阱相距很近时,陷落在其中一个的电子即可能穿越壁垒,进入另一个量子阱,与它在那里的相邻电子会合。两个电子的自旋叠加,从而产生丘比特。

Dr Marcus’s team have so far managed to stitch four such qubits together. An array of clever tricks has extended their life to about ten microseconds—enough to perform the simple algebraic operations that are the lifeblood of computing. They hope to extend their life further by using silicon or carbon, the atomic nuclei of which interfere less with the entangled electrons than do those of gallium arsenide.
马库斯博士的团队迄今成功地把四个这样的丘比特结合到了一起。他们用一系列精巧的手段将这些丘比特的寿命延长到了大约10微秒,已经足以让它们进行简单、但却是计算工作生命线的代数运算。他们希望可以通过使用硅或碳量子阱来进一步提高寿命,因为与砷化镓相比,这两种元素的原子核与缠结电子之间干扰较小。

John Martinis and his colleagues at the University of California, Santa Barbara (UCSB), meanwhile, have been trying to forge qubits from superconducting circuits. In a superconductor, electrons do not travel solo. Instead, for complicated quantum-mechanical reasons, they pair up (for the same reasons, the pairs feel no electrical resistance). When they do so, the pairs start behaving like a single particle, superposing proclivities and all. This superparticle can, for instance, in effect be moving in two directions at once. As electrons move, they create a magnetic field. Make a closed loop of superconducting wire, then, and you get a magnetic field which can be facing up and down at the same time. You have yourself a superconducting qubit—or five, the number Dr Martinis has so far managed to entangle.
加州大学圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara (UCSB))的约翰•马提尼斯(John Martinis)等人则一直尝试用超导回路制作丘比特。电子在超导体中从不单独活动,而是出于复杂的量子力学原因成对出现。由于同样的原因,超导体对这些电子对不存在电阻。一旦形成电子对,两个电子便表现得如同一个粒子,包括它们的叠加倾向等等。这样一个超粒子有许多特性,例如可以同时向两个方向有效移动。电子移动时会产生磁场。这样,连接一个超导线回路即可获得可以同时向上与向下的磁场,因而制成一个超导丘比特——或者说五个,这是马提尼斯博士迄今已成功缠结的数量。

He has another clever trick up his sleeve. Using a device called a resonator he has been able to transfer information from the circuit to a single photon and trap it in a cavity for a few microseconds. He has, in other words, created a quantum memory. A few microseconds may not sound much, but it is just about enough to perform some basic operations.
他还有另一个绝妙的主意。利用一种叫做谐振器的仪器,他已经能把信息从回路中传输给一个单个光子,并使之在谐振腔内停留几微秒之久。换言之,他已经建成了一种量子内存。几个微秒听起来或许不长,但刚好足以进行某些基本运算。

The problem with all these approaches is that the quantum states they rely on are fragile, which allows errors to creep in. One way to ensure that they do not scupper the calculation is to encode the same information in several qubits instead of just one. Drs Marcus, Martinis and Laflamme have therefore had to build redundant qubits into their systems. For every “logical” qubit needed to do a calculation, there is a handful of physical ones, all of which need to be entangled.
所有这些方法的问题都是:它们所依赖的量子状态太脆弱,可以容忍误差混入。要想保证误差不至使计算成为泡影,可以在几个不同的丘比特中编入相同的信息,而不是只用一个。为此,马库斯、马提尼斯和拉弗拉米几位博士就必须在他们的系统中建立大量丘比特。进行计算所需要的每个“逻辑”丘比特都需要在实际系统中有好几个丘比特,所有这些都需要缠结。

Michael Freedman is trying to address this problem by taking a different tack. Together with his colleagues at Microsoft’s Station Q research centre, also at UCSB, he is trying to build what he calls a topological quantum computer. This uses a superconductor on top of a layer of an exotic material called indium antimony. When a voltage is applied to this sandwich, the whole lot becomes a quantum system capable of existing in superposed states.
迈克尔•弗里德曼(Michael Freedman)正在试用一种不同手段解决这一问题。他与微软公司Station Q 研究中心的同事以及UCSB的人们合作,尝试建造一种他命名为拓扑量子计算机的机器。他们在一层名为铟锑的特异物质之上加上了一个超导体。当在这一三明治式装置上加上电压后,整个装置就成了一个能够存在于叠加状态的量子系统。

Where Dr Freedman’s qubits differ from Dr Martinis’s is in the way they react to interference. Nudge any electron in a superconducting circuit and the whole lot decoheres. Dr Freedman’s design, however, is invulnerable to such local disruptions thanks to the peculiar way in which energy is distributed throughout indium antimony. The Microsoft team has yet to create a functioning qubit, but hopes to do so soon, and is searching for other materials in which to repeat the same trick.
弗里德曼博士的丘比特与马提尼斯博士的丘比特的不同之处是它们对干扰的不同反应方式。超导回路中任何一个电子受到微扰,整个系统就会退耦合。但由于能量以一种独特方式分布在整个铟锑物质中,弗里德曼博士设计的系统不会被这样的局部干扰破坏。微软团队尚待建造一个可工作的丘比特,但有望很快成功。他们也正在寻找其他物质,以进行同样的努力。

All of this work is pretty fundamental. Researchers are a long way from creating quantum mainframes, which is how most of them see the future of their fiddly devices, let alone quantum desktops. Dr Martinis thinks that a viable quantum processor is still ten years away. Yet even this is progress of a sort. When he entered the field two decades ago, he thought that building a quantum processor was “insanely difficult”. Now he says it is merely “very, very hard”.
所有这些都是基础理论性的工作。大部分研究者都认为他们自己复杂精巧的装置是大型量子计算机主机的雏形;但距离人们建造大型量子主机还很遥远,更不要说可以摆在桌上的微型机了。马提尼斯博士认为,要制作一台可用的量子处理器还需十年时间。但即便如此,这也是一种进步。当二十年前刚刚踏入这一领域时,他认为制造量子处理器“难得无法想象”。而现在他认为这只不过是“非常非常之难”。

[注] Mig兄提醒,qubit的官方译名可能是量子位元。

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有歪诗一首为证:

丘比特的金箭,
颤动着少女的心弦——
哦,这不是
丘比特的金箭,
这是量子的闪电,
指引着海森堡
不确定的目光,
照亮了
他深邃的心田。

丘比特的金箭,
颤动着少女的心弦——
哦,这不是
少女的心弦,
这是科学家的思想
插上了
诗人的翅膀,
在知识的太空中
浮想联翩。

我科学家率先实现拓扑量子纠错

中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室潘建伟及其同事陈宇翱、刘乃乐等,与澳大利亚、加拿大科学家合作,在世界上首次成功实现了拓扑量子纠错,为将来实现真正的量子计算打下了坚实的基础。该研究成果发表在2月23日出版的国际权威学术期刊《自然》杂志上。据悉,这是量子信息领域以中国为第一单位发表在《自然》杂志上的首篇长文。

量子计算机由于其超越经典计算机极限的强大并行运算能力,成为科学家们梦寐以求的目标。量子计算机不可避免地与环境耦合而产生的各种噪声使计算过程产生各种错误,这个问题长期困扰着学术界。国际上以往提出的众多量子纠错方案中,一般采用对每一步逻辑操作都进行量子纠错的方法,要求每一步的错误发生率都不得高于10-5量级,而这么低的容错率是目前任何实验手段都无法实现的。

近年来,学术界提出了拓扑量子纠错这一全新概念,把量子态的拓扑性质应用于量子纠错过程中,从而将量子纠错中可容忍的最高逻辑操作错误发生率提高了三个数量级,达到10-2量级。这是目前已知拥有最高容错率的量子计算方案,从而使得可扩展容错性量子计算在现实条件下成为可能。

据悉,潘建伟团队经过3年研究发展了一套全新的实验技术,将双光子纠缠的亮度提高了4—5倍,八光子簇态的总效率至少提高了200倍,仅用80天时间就完成了以前几乎不可能实现的实验。同时,研究人员设计了一种特殊的滤除噪声的八光子干涉仪,成功制造出并观测到了具有拓扑性质的八光子簇态,并将此簇态作为量子计算的核心资源,实现了拓扑量子纠错。实验结果显示, 在拓扑量子计算的过程中可以完全纠正出现在任意量子比特上的单比特错误,而且当每个量子比特都以相同的概率发生错误时,受保护的量子关联的有效错误率会大大降低。

 

单原子晶体管指向未来的量子计算机,摩尔定律的死亡

晶体管 — — 基本构建基块的复杂的电子设备,在你身边。字面上亿万他们组成的酷睿 i7 处理器在您的游戏装备和摩尔定律说数将会双每 18 个月中,他们得到较小和较小。新南威尔士大学的研究人员可能已经找到此基本计算规则的限制但是,通过创建了世界上第一单原子晶体管。单磷原子被放入硅晶格,读了一副极其微小的硅会导致允许他们遵守它的晶体管行为和其量子状态。大概是这意味着路的尽头的摩尔定律,如似乎不可能更远缩小晶体管。但是,它也可以给未来的特色小型化的固态量子计算机的点。

澳洲研制出极小晶体管或成量子计算机元件

中评社北京2月21日电/澳大利亚研究人员最近研制出一种可工作的极小单原子晶体管。研究者希望将它进一步研制成未来量子计算机的基础元件

新华社报道,澳大利亚新南威尔士大学的研究者在新一期英国学术期刊《自然.纳米技术》上详细描述了这种单原子晶体管及其制造过程。这一制品由蚀刻在硅晶体表面的单个磷原子构成,通过“门电路”控制电流并拥有原子级的金属接触,具体制造过程使用“隧道扫描显微镜”完成。

论文第一作者马丁.菲克斯勒说:“我们的研究小组证实,以接近原子的精度,按照需求将一个磷原子放置到硅环境中是完全可能的。”

晶体管是计算机芯片的基础元件,可用于电流的开关、放大等操作。研究人员此前也曾制造出单原子晶体管,但大多是意外产物。

这项研究的负责人米歇尔.西蒙斯说:“这是一件完美的制成品。科研人员首次证实,能够以这种精度在(硅)基座上控制单个原子。”

但研究者也指出,这种单原子晶体管距日常应用仍有相当远的距离。目前,它仅在液氦超低温环境下工作。

笔者注:电子计算机时代还在一直飞跃前进中,但是关于光子计算机、量子计算机等话题不断出现,科技发展让世界大变!

神棍的量子计算机

量子纠缠的理论和实践的巨大进展,既是人们对量子奥秘穷追不舍的结果,也是当前信息技术开发的产物。量子力学和信息科学相结合而产生的新科学分支——— 量子信息学应运而生,它包括量子计算机、量子通信、量子密码术和量子测量等许多主要内容。近年来已取得一系列重要突破,各国政府和科技界高度重视。
电子计算机在过去30 年中,每个芯片含晶体管的数目随时间按指数律增大,现在最小的晶体管特征长度只有20nm ,在十多年后计算机存储单元若按此规律将会是单个原子,于是就得考虑量子效应的影响。过去20 年电脑运行速度每18 个月翻一番,但由于现有计算机的信息单元是经典的双稳态电子线路,它的两个态0 和1 是互斥的,因而对信息的存储能力和运行速度特受到极大的限制。但如果设法利用量子效应,将信息单元制备成量子的,它的态将是|0枛和|1枛两态的叠加态(即二态相容不再相斥) 那么这样的量子计算机的存储能力和运算速度将会大大增加。具体地说,考虑一个含N 个信息单元的
存储器,若是经典的,则它只能存储2N 个可能数中的一个,而且实施一次操作只能对一个输入数进行数字运算。若是量子的,则它可以同时存储2N 个数,而且随着N 的增加,其存储能力将按指数律上升(如用250 个原子构成的存储器可存储M 个数,此M 大于已知宇宙中全部原子个数) ;特别是,实施一次操作,可同时对存储器中全部的数进行运算,因而量子存储器的一次操作,其效果相当于经典存储器重复操作2N 次或用2N 个相同存储器的并行操作。显然,量子计算机具有多(容量) 、快(运算速度) 、好、省(电)的优点。当然它的研发难度是很大的,但自Shor(1994)和Grover(1997)分别找到两种不同的量子算法,以及Shor(1995)和Steane(1996)分别提出两个量子纠错编码方案之后,大大推动了研发进程,原则性困难已经基本解决,剩下的多是技术性难题了。到2000 年,美国IBM 公司已研制出用5 个氟原子作处理器和存储器的实验机;我国有好几个单位在大力研究,清华大学已利用2 个原子进行了计算实验。由于量子计算机的存储能力极强和运算速度超快,它破译密码的性能是无敌的。如果哪个国家率先掌握并使用了量子计算机,那么其他国家的所有机密将无法可保了!

光子计算机与量子计算机

这两样东西到底是一回事麽?
我跟老师说光子计算机他反应了一下 说 量子计算机把..然后接着说
我有点晕了…

 

内个什么量子计算机、生物计算机都不如光子计算机。楼主你想想,量子计算机虽然速度快,但只能进行二进制运算,要加快速度只能增加原子量,也就是说,量子计算机不管以后怎么研究,都不能发生质的突破。而且量子计算机精密度极高,摔一下就没人能修好了,不行。生物计算机?神啊,就让研究组的人看看把,能控制生物的已经不是人而是神了,还想让生物充当机械?晕~~而光子计算机,没有伦理问题,并且潜力很大。只要用六种可见光便能在人能看到的情况下自然的表示六进制,而随着发展,想制造出十进制、十六进制、六十四进制乃至变换进位基数的计算机都没有问题。而且光在真空、气体甚至某些液体和固体中很好的传播并且速度快、互不干扰、传输量大,甚至以后可以用中微子进行超光速运算,这一切,都是它的优势啊。

10万美元奖给证明量子计算机不可能的人

量子计算是目前的热门研究主题,但研究人员是否在浪费时间?MIT 知名计算机科学家 Scott Aaronson宣布将向任何能证明量子计算机不可能的人奖励 10 万美元。

Scott Aaronson 的研究领域是量子复杂度理论,他的主要工作是要与量子计算机打交道。他在博客上说,他提供 10 万美元,奖给能证明在物理世界可伸展量子计算不可能的人。除了他去世外时间不限。注意有两个重要的限定条件:物理世界和可伸展。我们知道量子机制影响的是微观世界,宏观世界是看不到怪异的量子现象的。量子计算机如果可能的话,将让我们在宏观物体上体验神秘的量子世界。

 

蒙蔽的量子计算

假设你刚刚想到了一个量子计算机的极好的应用,而且因为意外的好运,一家公司宣布,他们刚刚制造了世界上第一台这样的计算机。 你希望他们能够运行你的应用程式,但你又不想透露有关的代码。 该公司希望能够说服你他们有一台真正的量子计算机,但他们因为无法对你有足够的信任而向你展示该计算机;毕竟你可能是为某家竞争对手公司效力的希望窃取他们技术的间谍。 一项新的研究为这一问题提供了一个解决方法:一种比经典计算方法安全得多的被称作“蒙蔽”的量子计算的方法。 由Stefanie Barz及其同事所做的实验示范是朝着建立值得信任的以量子计算机为基础的网络的一个跳板。 该团队的规程所操纵的是单个量子比特,这一过程依赖量子物理的2个关键性的特征:由量子测量所产生的随机性,及量子纠缠或如爱因斯坦所创立的 “在远处的幽灵般的行为”这一名言所述的情况。 通过光子,或称“光粒子”来编码数据,研究人员迫使量子计算机使量子比特,或“qubits”发生纠缠,使得它们无法被破译。 接着,他们将测量指令量身定制成每个量子比特的特定的状态,并将其输送给一个量子服务器。 计算的结果被送回给一位可为计算解除锁定的用户。 如果某窃听者试图读取这些量子比特的话,他们将无法获取有关的信息。 一则相关的《观点栏目》对这些发现及其对未来量子计算的可能的影响做了解释。