月度归档:2014年06月

微软押注量子物理,志在制造出全新的电脑

理论上说,量子计算机应该能够完成今天的传统计算机不可能完成的计算,但是这样的计算机还从未制造出来。

微软的研发主管在6月9日表示,公司正投入大量人力和资金研发量子计算机的基本元件,希望能制造出一个切实可用的版本。

在旧金山举办的麻省理工《科技评论》数字峰会上,彼得·李将微软的这个计划比喻成贝尔实验室在1940年代的研究,当年正是那项研究产生了硅晶体管,成为了今天所有计算机的基础元件。“我们希望制造出能与晶体管相提并论的设备。”李说。

李在一次采访中告诉麻省理工《科技评论》,微软之前对这个量子计划相当低调,现在有了一些积极成果,他觉得可以披露一些消息了。“我们此前之所以有所隐瞒,是因为这个计划在当时还显得另类。可是现在,物理学界已经对我们相当认真了,”他说。“我们也是在相当认真地开展着量子物理研究,而且还在增加投入。”

微软在加州大学圣塔芭芭拉分校建立了一座专门研究量子计算的实验室,取名“Q站”(Station Q)。它还一直在向全世界的实验室发放款项、捐赠工具,用以协助研究。

理论上说,量子计算机应该能够完成今天的传统计算机不可能完成的计算,但是这样的计算机还从未制造出来。加拿大的D波系统公司(D-Wave Systems)号称自己出售的几台机器是量子计算机,但是专家认为,还没有决定性的证据可以证明他们利用了量子原理、并胜过了传统计算机。

眼下微软还没有开始建造量子计算机,他们的研究目标是开发出可靠的量子比特,也就是量子计算机的基本元件。 

就像晶体管之于传统计算机,量子比特也可以在表示1和0的状态之间切换。不仅如此,它还可以根据量子效应产生“叠加态”,也就是同时为1和0的状态。有了这个特性,量子计算机处理数据的速度就会比传统计算机快许多倍。 

此前的研究者已经制作出了不同类型的量子比特,甚至还用少量量子比特实施了基本的运算。不过这些量子比特都没有能够维持可靠的叠加态,用它们制造任何尺寸的计算机都是不可行的。李也表示:“我们认为目前的几种方法都是绝对不会成功的。”

微软的研究集中在一种所谓的“拓扑量子比特”(Topological Qubit)上,根据理论,这种量子比特能够以一种更加保险的方式编码数据。

微软继续大力投资量子计算

自2006年来,微软就一直追逐量子计算的梦想。当时其在加州大学设立了Station Q研究组,并一直资助该项目组破解量子计算难题。虽然该项目还没有任何突破性进展,微软的热情却不减,不断加大投入并招聘了前英特尔处理器设计主管Douglas Carmean。

微软继续大力投资量子计算

前英特尔处理器设计主管Douglas Carmean加盟微软后,将会帮助其共同解决计算机界最大的挑战。如果成功量子计算机无疑会比现代PC强大,不管是从经济回报方面还是软件开发角度来说。微软目前在量子计算方面的尝试基于“拓扑量子计算”,通过亚原子粒子对的运动的控制来进行运算。距离量子计算应用仍有很长的路要走。

商用量子计算机引争议 科学家称未超越传统电脑

近几年来,由加拿大D波公司生产的全球首批商用量子计算机争议不断。瑞士和美国研究人员19日在《科学》杂志上发表论文说,在他们的测试中,D波量子计算机的整体计算性能并没有超过传统计算机,没有观测到所谓“量子加速”的证据。

  量子计算机与传统计算机的一个主要区别是,传统计算机使用1和0存储信息并进行计算,而量子计算机使用的量子比特所能包含的信息则要多得多,理论上量子计算机的计算速度会大大超越传统计算机。

  2007年,D波公司宣布成功研制全球首台商用量子计算机,尽管在量子性等方面存在争议,但仍于2011年和2013年卖给美国洛克希德-马丁公司和谷歌公司各一台,其中卖给谷歌的量子计算机速度据称比普通计算机快3.55万倍。

  美国南加州大学量子信息科技中心博士后王智慧对新华社记者说,大多数从事基础量子计算研究的实验室,所研究的系统涉及的量子比特数目仅为个位数,而D波量子计算机的比特数目达到512,已经初步具有解决实际问题的规模。因而对其计算速度的研究,特别是与传统计算机在速度上的比较就成为亟待解决的一个问题。

  王智慧是此次《科学》杂志论文的共同作者。她说,这项研究的重要意义就在于给出了“一个合理评估的标准程序”,主要内容是量子计算机能否带来整体计算速度的提高,即所谓“量子加速”。具体来说,他们测量了问题难度提升时D波量子计算机与传统计算机所分别增加的计算时间,如果存在“量子加速”,那么量子计算机增加的计算时间应该比传统计算机少得多。

  在对洛克希德-马丁公司的D波量子计算机的测试评估中,研究人员没有找到“量子加速”的证据。王智慧说:“我们确实发现,在大批问题样本中,对某些具体问题的计算,量子芯片运行经典算法比传统计算机快。但就样本整体而言,我们没有探测到‘量子加速’。”

  王智慧特别强调:“这并不意味着量子计算机不会超越经典计算机,因为有很多因素会掩盖‘量子加速’。”

  她说,此次所研究的只是一类问题,有可能并非是量子计算机能最大限度发挥其长处的一类问题,有一些因素如输入问题参数的精度、操作温度等都会影响芯片的计算性能,“因而我们还是期待更确切的量子加速证据会在后续研究或者下一代更大更好的芯片中探测到”。

  D波公司商业发展主管科林·威廉斯在接受《科学》杂志采访时反驳称,此项研究中所使用的问题太过简单,无法表现量子芯片的性能,“并非探测‘量子加速’的最佳选择”。此前,D波公司共同创始人乔迪·罗斯还曾公开抨击此次研究的负责人、瑞士苏黎世联邦理工学院物理学家马蒂亚斯·特罗耶,称他的工作是“一派胡言”。(记者林小春)

量子计算机:永不会出错

近日西班牙和奥地利的物理学家们密切合作, 对分布在一些粒子之间的量子纠缠态进行了实验性量子比特编码,并首次对它进行了简单的计算。这个七量子比特的量子寄存器可以被用作量子计算机的基本建构单元,后者能够对任何类型的错误进行纠正。研究人员的研究结果被发表在期刊《科学》上。

即使是计算机也易于出错。最细微的干扰都可能改变已保存的信息并篡改计算结果。为了克服这些问题,计算机会运行特定的日常活动以持续的检测和纠正错误。对于未来的量子计算机也是如此,它也需要纠错程序:“量子现象非常脆弱也易于出错。错误可能会迅速的传播并严重的扰乱计算机,”奥地利因斯布鲁克大学实验物理研究所的科学家瑞纳·布拉特带领的研究小组的成员托马斯·莫恩滋这样说道。

与西班牙马德里康普顿斯大学理论物理学学院的马库斯·穆勒以及米格尔·安吉尔·马丁-德尔加多密切合作,因斯布鲁克大学的物理学家们修订了一套新的量子纠错方法,并对它进行了实验性的测试。“量子比特极其复杂,且无法简单的复制。此外,这些微观量子世界里的错误是多方面的,比传统计算机里的纠错要更加困难。” 莫恩滋这样强调道。“为了在量子计算机里检测并纠正错误,我们需要高度成熟的所谓的量子纠错码。” 目前实验里所使用的拓扑码是由马德里马丁-德尔加多带领的科研小组提出的。 量子比特被分布在二维的晶格里,它们可以与临近的粒子发生相互作用。

七个离子里编码的量子比特

在因斯布鲁克大学进行的实验里,物理学家将七个钙原子限定在一个离子阱里,使得后者能够将这些原子冷却到接近绝对零度并通过激光束对它们进行精确的控制。研究人员将单独的逻辑量子比特编码成纠缠态的量子,而量子纠错码为这个程序提供了这样的编码过程。“对七个物理量子比特的逻辑量子比特进行编码是一项真正的实验性挑战,”瑞纳·布拉特的研究小组成员丹尼尔·尼格这样说道。物理学家通过三个步骤实现了这一目标,在每一个步骤里都使用了复杂的激光脉冲序列以创造四个临近量子比特的纠缠。“通过以一种可以控制的方式扰乱七个原子里单一量子比特的信息,我们首次实现了对单一量子比特的编码,” 马库斯·穆勒激动的说道。“当我们以这样特定的方式实现原子纠缠,它为接下来的纠错和可能的计算提供了足够多的信息。”

无错误的操作

在另外一个步骤里,物理学家测试了这一编码检测和纠正不同类型的错误的能力。“我们论证了在这样的量子系统里,我们能够独立的检测和纠正每一个粒子里可能的错误,” 丹尼尔·尼格说道。“我们只需要这些粒子之间关联性的信息,无需对单一粒子进行测量。”尼格的同事埃斯特班·马丁内斯这样解释道。除了可靠的检测单一错误,物理学家们还首次对逻辑编码的量子比特进行了单一甚至迭代运算。一旦克服了复杂编码过程的障碍,每一个单一的门运算只需要简单的单一量子比特门运算就足够。“利用这种量子编码,我们可以执行基本的量子操作并同时纠正所有可能的错误,” 莫恩滋这样说道。他将这看做是通向可靠容错的量子计算机的道路的重要里程碑。

未来创新的基础

由西班牙和奥地利物理学家开发的新方法组成了未来革新的基础。“这种应用于编码单个逻辑量子比特的7离子系统可以作为更大的量子系统的建构单元,”理论物理学家穆勒这样说道。“晶格越大,它将变得越稳健。产生的结果可能是能够进行任何数量的运算且不受到错误阻碍的量子计算机。”

目前的实验不仅打开了技术革新的新方向,“还会产生新的问题,例如首先将应用哪种方法来描绘这样的大逻辑量子比特,” 瑞纳·布拉特这样说道。“此外我们计划进一步合作研发所使用的量子编码,实现最优化以用于更广泛的运算。” 马丁-德尔加多补充说道。

量子技术重塑人类军事力量

OFweek光学网讯:地球人的基础科研因为被三体文明封锁,无法开发出量子计算机,在与三体人宇宙探测器“水滴”的首次接触中,人类宇宙舰队的传统弹道计算模式完全跟不上“水滴”的疯狂节奏,从而遭遇了“水滴”一边倒的屠杀。

  量子信息技术,因其建构于颠覆性堪比相对论的基础理论——量子力学的地基之上,从而极富科幻气质。或许,正如相对论造就了核动力与核武器,量子力学所造就的量子计算机、量子通信和量子密码,将从信息科技的维度重塑人类的军事力量。

  事实上,如今量子技术已经从实验室演示性研究迈向实际应用。我国在量子技术方面与发达国家处于同一起跑线上,尤其在量子通信的若干领域,还领先于其他国家。

  制空权理论的建构者、意大利人杜黑有句名言:“胜利只向那些能预见战争特性变化的人微笑。”战略博弈的赢家,只能是那些见一叶而知天下秋,并立即未雨绸缪、付诸行动的睿智者。

  量子计算机:

  4分钟破解现有密码体系

  由于量子态的可叠加性,在信息长度都为N时,量子位的存贮容量是传统信息位的2的N次方倍,量子计算的速度是传统计算速度的2的N次方倍。

  据军事科学院作战理论和条令研究部博士后袁艺介绍,从理论上讲,一个250量子比特(由250个原子构成)的存储器,可能存储的数达2的250次方,比现有已知宇宙中全部原子数目还要多。

  “传统计算机采用单路串行操作,而量子计算机采用多路并行操作,它们运算速度的差异,就如同万只飞鸟同时升上天空与万只蜗牛排队过独木桥的区别。”袁艺表示,量子计算机凭借极其强大的并行计算能力,可以轻易破解基于数学问题的经典密码体制。

  据悉,攻击现有密码体系,经典计算要算1000年,而量子计算机只需花不到4分钟时间。因而,有科学家宣称:“没有量子计算机的国家与拥有它的国家打仗,就像一个瞎子和一个明眼人在打架。”战争结果如何,一目了然。

  因此美国将量子芯片研究计划命名为“微型曼哈顿计划”,将其意义提高到几乎与二战时期研制原子弹的“曼哈顿计划”同等的高度。

量子通信:

  跨越时空障碍的完美通信

  与量子计算机相比,量子通信其实更令人不可思议——信息在两位通话者之间的传输根本不需要时间,完全同步,无论这两人相隔的距离是100公里、100万公里,还是100光年。它的速度是无穷大,远远超越了光速。

  不可思议的量子通信,正是基于不可思议的“量子纠缠态”。

  所谓量子纠缠,是指在微观世界里,有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系,不管相距多远,只要一个粒子状态发生变化,立即使另一粒子状态发生相应变化。

  除了“最快”,量子通信还优点多多。与它相比,现有的无线电通信简陋得像是刀耕火种时代的旧物。

  “量子信道中光量子的信息效率,比传统信道高几十倍。而且,量子通信没有电磁辐射,任何无线电探测系统都对量子通信无能为力。”在袁艺看来,量子通信在现有理论环境中实现了“绝对隐身”。

  超大信道容量、超高通信速率、顶级隐蔽性与绝对实时性,与要求苛刻的军事通信简直是“天作之合”。显然,量子通信技术在战场上有着无与伦比的灿烂前景。

  量子密码:

  偷窥者不仅看不懂,还会被发现

  有矛必有盾。当量子计算机颠覆传统密码体系时,量子技术也为信息安全提供了一个守护神,那就是一种理论上无法破解的密码——量子密码。

  中科院院士、全国量子光学专业委员会主任郭光灿对此解释道,按照量子力学中的海森堡测不准原理,量子态是无法复制的,采用量子态作为密钥便无破译的可能,即使攻击方具有无限计算资源,从而实现了“绝对安全”。

  资深的科幻迷都知道,量子态的一大神奇之处,是一旦出现了观测者,其状态便会发生改变。因此,对量子通信的窃听行为,就会改变光子的状态,进而通信双方就会意识到遭到了“偷窥”。这样,我方就可取消信息的发送,或改为发送假情报,实现对敌欺骗。

远距传物研究获重大突破:未来有望远距传人

《星际迷航》中的远距传物室。科学家表示没有任何物理学定律禁止远距离传输包括人类在内的大型物体。换句话说,《星际迷航》中的远距离人员传送技术将在未来的某一天成为现实。
荷兰科学家证明在两个距离3米的点之间传输编入亚原子粒子的信息具有可行性,可靠性可达到100%。在研制类似互联网的超快量子计算机网络的道路上,这一研究突破具有非常重要的意义。量子计算机的运算能力远远超过当前最快的超级计算机。  荷兰科学家证明在两个距离3米的点之间传输编入亚原子粒子的信息具有可行性,可靠性可达到100%。在研制类似互联网的超快量子计算机网络的道路上,这一研究突破具有非常重要的意义。量子计算机的运算能力远远超过当前最快的超级计算机。
  新浪科技讯 北京时间6月3日消息,据国外媒体报道,科学家表示没有任何物理学定律禁止远距离传输包括人类在内的大型物体。换句话说,《星际迷航》中的远距离人员传送技术将在未来的某一天成为现实。科学家之所以如此信心满满是因为他们在远距传物研究方面取得重大突破。在一项实验中,他们证明可以将一个原子传输3米,精确度可达到100%。

  实验负责人、荷兰代尔夫特理工大学的罗纳德-汉森教授表示:“我们传输的是一个粒子态。如果你相信人体是无数原子以一种特定方式聚合在一起的产物,那你就会相信在将来的某一天,我们便可将人员从一个地方传送到另一个地方。虽然在实践中很难做到这一点,但这并不意味着不可能,因为这种传输并不违反任何基本的物理学定律。不过,远距离人员传送将在非常遥远的未来才能成为现实。”

  汉森的研究小组第一次证明在两个距离3米的点之间传输编入亚原子粒子的信息具有可行性,可靠性可达到100%。在研制类似互联网的超快量子计算机网络的道路上,这一研究突破具有非常重要的意义。量子计算机的运算能力远远超过当前最快的超级计算机。远距传物利用的是粒子纠缠在一起后产生的奇特现象,即一个粒子的状态会立即影响另一个粒子,不管它们相距多远。举例来说,如果一个粒子朝上旋转,与之纠缠的粒子便朝下旋转。理论上说,即使两个粒子处在宇宙的两端,这种现象仍旧存在。

  爱因斯坦不相信存在纠缠现象,将其称之为“鬼魅般的超距作用”,但科学家已经多次用事实证明这种现象的确存在。研究发现刊登在《科学》杂志上。汉森表示:“量子远距传物的主要应用就是量子版互联网,打造一个全球性网络,用于传输量子信息。我们证明这种想法具有可行性,我们的每一次尝试都取得成功。我们的研究成果为打造未来的量子互联网打下了第一个坚实基础。量子互联网的一个最现实的应用就是确保通讯安全。这种通讯方式是将纠缠作为你的通信信道。如果以这种方式进行信息传输,任何人都无法窃取,可以做到百分百安全。”

  汉森等人计划在7月进行一项更雄心勃勃的实验,在代尔夫特理工大学的两座建筑之间进行远距传物。这项实验将颠覆爱因斯坦对远距传物的否定,证明以光速在纠缠粒子之间进行信号传输具有可能性。汉森说:“我相信这项实验会取得成功。不过,这种实验面临巨大的技术挑战,这也就是为什么一直以来没有人进行这种实验。”(孝文)

量子信息实现瞬移 爱因斯坦或犯大错

中国日报网5月30日电(王琦琛) 《科学》杂志5月29日刊文称,科学家成功做到不需要载体就能传递信息,有望证明爱因斯坦也曾犯下重大错误,而人类距离新一代量子计算机又近了一步。

荷兰戴尔福特科技大学卡夫里纳米科学研究所的科学家表示,能够有效地在相隔3米远的两个量子比特之间传输信息。这涉及量子隐形转态技术(quantum teleportation),不需要载体就能把量子信息转移到其他地方。

成功的量子隐形转态为量子纠缠(quantum entanglement)理论提供了强有力的支持。量子纠缠理论认为,相隔几个光年的粒子仍然能相互联系,并且能相互影响。科学家下一步要增加传输量子信息的距离,由3米增长至超过1公里,重复以上试验。

爱因斯坦曾公开质疑量子纠缠理论。研究带头人罗纳德•汉森说:“5、6个团体正在争相证明爱因斯坦是错的,这可是条大鱼。”

汉森的研究团队在极低温的环境下,用电子把量子比特“囚禁”在钻石中,并在钻石之外有效读取量子比特的数值。

和传统技术相比,量子比特并不仅限于二进制中1和0两个变量,却能同时呈现多种数值,既为开发速度更快的新一代计算机打下基础,还有助于建立完全安全的通信网络。