郭光灿:发展量子计算机关键要突破芯片和软件难题

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郭光灿:发展量子计算机关键要突破芯片和软件难题

时间:2018-12-06 14:35作者:admin打印字号:

  坛”于2018年11月14日-16日在深圳举行新浪财经讯 “第二十届高交会-中国高新技术论,发展理念、推动高质量发展”本次论坛的主题为“坚持新,主任郭光灿出席“颠覆性创新技术”主题论坛并演讲中国科学院院士、中国科学院量子信息重点实验室。

  算机相比和普通计,有巨大的优势量子计算机,灿说郭光,相比普通计算机“量子计算机,算机相比算盘就相当于计。”

  解释他,做的事就是算题量子计算机要,子芯片串联计算电子计算机用电,量子芯片并行计算而量子计算机用。芯片和软件“难点就在,光灿称”郭,芯片外除了,系统全都要变一些软件操作,个复杂的工程问题量子计算机是一,芯片难做“不光,也很难做其他的。”

  够在这论坛做个报告郭光灿:很高兴能,量子计算机报告题目是。生100多年量子力学诞,联网、电脑之类新技术已经为人类创造了像互,基本原理产生的它们是由量子,个人类社会的发展已经影响我们整,感受得到的这是大家,都是经典技术但是这些技术,典物理的规律他们服从经。们带到量子技术的时代量子信息的诞生将把我,开辟新的技术利用量子特性,技术它的性能要高得多而这些量子技术比经典,典物理的极限可以突破经。比电子计算机要快得多比如说量子计算机就,从现在开始所以人类,典时代就从经,子工具的新时代经典工具迈进量,诞生的重大意义这就是量子信息。中我们要进入新的时代在人类社会发展历程,前景非常辉煌这个时代的,路很漫长但是它的,就能到的不是马上,技术可以马上走进到千家万户所以外面的宣传说量子什么,不对的这就是,应用还早离真正的。

  量子技术里面最颠覆性的技术我今天报告的量子计算机就是,主题之前讲这个,跟这有关的话我要先说几句,信息炒作太过分最近几年量子,术就非常神秘本来量子技,确实很奇怪量子世界,媒体炒作但是经,炒作以后个别学者,息弄得非常火就把量子信,的都可以归结于量子纠缠好像自然界所有搞不清,呀都要靠量子纠缠什么灵魂呀、宗教,不对的这是。么?哪些是有可能应用的?哪些非科学的玄学究竟量子技术可以给人类带来什么?不能做什,讲清楚必须。哪些真实可用的量子技术究竟有,究的不断深入随着人们研,开拓出来会不断,机是其中最重要可以做的我今天要讲的量子计算。个肯定做不到的这里要讲的是几,讲两点我要:

  缠非常奇异第一:纠,缠粒子分开AB两个纠,引起另一个状态发生变化对其中一个测量便瞬时。为是超光速的通信这种瞬时变化被认,做幽灵所以叫,其实在量子世界没有超光速那么这种幽灵究竟是什么?,变化无需任何信息的传递两个纠缠粒子之间的瞬时,是它们的量子关联真实的物理原因,个现象的本质因素量子关联是产生这,经典世界一样在量子世界和,速的信息传输不存在超光。

  二第,在大力宣传最近有人,某个地方传送到另外一个星球量子信息可以把人瞬时的从,纽约不用再买飞机票我们以后从深圳去,可以直接过去了用量子技术就。做不到这肯定,术的问题这不是技,性做不到是原理。允许有这样的现象发生量子信息作为科学不,话当成科学知识来传播这是把科学幻想和神,造成很大不良影响将量子力学妖魔化,澄清两点所以我要,通信不存在超光速的,一个地方绝对做不到把人瞬时送到另外。发表在网络上可以查到我写了《量子十问》,回答这两个问题其中两问就是,贵就不多讲今天时间宝,主题回到,计算机量子。

  这与电子计算机的发展有关量子计算机是怎么诞生的?,定律说摩尔,度每18个月翻一翻电子计算的运算速,如此确实,社会翻天覆地的变化摩尔定律带来了人类。物理学家就提出一个问题上个世纪80年代一帮,终结?他们的研究结论是摩尔定律肯定会死亡摩尔定律会不会无限地下去?摩尔定律会不会!定律终结了一旦摩尔,运算速度?就诞生了量子计算机什么技术能继续提高计算机的,律失败了摩尔定,就是替代者量子计算机,理物理学家的这个结论当时电子计算界根本不,是杞人忧天并嘲笑他们。年宣布摩尔定律失效现在美国政府前几,方向不再追求速度目前微电子发展,化和低能耗而是专门。重新引起人们的研究热情以量子计算机的研究又,量子计算机的主要理论框架建立了实际上80年代物理学家已经把,究如何在物理上实现90年代便开始了研。

  哪?经典计算机处理的数据叫比特量子计算机与经典计算机不同在,0或者1比特是,数据就是0我们处理的,串1,机就不一样量子计算,定性满足叠加原理量子世界的不确,0和1叠加的状态微观粒子是处在,者叫量子比特这叫量子态或,典最本质的区别这就是量子跟经,在这个叠加原理量子特性体现,子比特上体现在量。做信息功能就是经典如果你用到0或者1,特作为信息处理的单元量子计算机就以量子比,都遵从量子力学的规律量子计算机所有的过程。

  存储器要么0或1一个电子计算机,一个数只有,存储0和1两个数量子存储且可同时,存储器两个,还是存一个数电子计算机,可以同时存四个数但是量子计算机,个存储器如果有N,也是存一个数电子计算机,时存2的N次方的数据但是量子计算机可以同,是电子计算机的的2的N次方倍所以量子计算机的存储数据能力。存储器的数据实施操作计算是什么?就是对,变化为另一个数据操作一次就把数据,多大就是存一个数电子计算机不管,成另外一个数操作一次就变,这样一步一步操作整个运算过程就,是用串性运算的模式所以电子计算机都,机就不同量子计算,方数据变成新的2的N次方数据操作一次可以把这个的2的N次,行运算这叫并,要快得多这可能就。而是靠并行运算能力来加速运算速度的所以量子计算机不是靠处理数据的速度。自于量子世界的量子特性而这种并行运算能力是来。

  个算法可以求解大数因子分解Shor在90年代提出一,用的公开密钥的安全基础这个问题是现在广泛使,数分为两个素数如果你把这个大,码就破了这个密,就是安全的如果分不了。花了8个月将129位的数分成两个素数全世界并用1600台工作站并行运算,解成功虽然分,么多资源和时间但是代价是要这。子计算机而采用量,运算能力有并行,分解成功一秒可以。算机研制成功一旦量子计,密码体系全部会被破解现在广泛使用的公开,现有的公开密钥分期分批淘汰最近美国政府已经宣布要把,实现已不再是遥遥无期了这个因为量子计算机的。之总,电子计算机的运算能力相比量子计算机的运算能力跟,力与算盘的运算能力的相一样就相当于经典计算机的运算能,时代过渡到量子计算机时代因此一旦实现了电子计算机,多个天翻地覆的变化人类社会将会经历。

  事就是解数字问题量子计算机要做的,入数据要输,经典的数据是,数据的方法不同所不同就是处理,用电子芯片电子计算机,运算串行,用量子芯片量子计算机,计算并行。芯片除了,子软件等还要有量,是一个复杂的工程问题所以量子计算机的研制。

  括量子芯片操控系统和测量系统量子计算机所涉及到的硬件包,结构还有用于制备量子芯片的量子材料等软件量子算法、量子编码、量子系统的。布局了量子计算机研究美国从90年代初开始,和超导的固态体系逐步聚焦到半导体,体固,就是可以扩展固态它的好处,相关性非常脆弱但是固态的量子,消失掉很快,还来不及解决问题如果一个计算机,破坏掉就被,算就失败那么运。是一个关键问题所以怎么容错。础研究多年基,时间大幅度增长固态的量子相干,了可能了容错有,热情又高涨起来所以人们的研究。现在已制备出三个比特国际上半导体量子芯片,个量子比特芯片里面三,10年起步我们从20,到三个量子比特目前也已经做。国际的水平基本上达到。有进展虽然,点还很远但是离终,们跟他们差不多跟国际上相比我。上比较领先超导国际,到100个微秒相干时间已经提,到10几个比特现在他们已经做,面远远落后于国际我们国内在超导方。

  样:2016年7月国际上的趋势是这,要做到量子计算机可以实际应用美国政府已经宣布在五年之内,立了量子计算机研发中心美国几乎所有的公司都成。元的量子宣言规划欧洲搞了十亿欧,量硅基半导体芯片澳大利亚集中力,国联合起来最近跟法,基量子计算机共同开发硅。做了9个超导量子比特2015年谷歌说已经,到49个他们拟做,M已经做了5个2016年IB,做50个他们要,它的运算能力是所有经典超算赶不上的他们认为50个量子比特的量子计算机,字叫量子霸权给它起了个名,我是最牛的意思是说,赶不上谁也,50不够后来发现,以模拟65个量子计算机功能我们现在用经典计算机就可,0个还不行所以定到5,达到100个左右现在霸权起码要,越的水平可能要到100个比特左右也就是说做到经典计算机没有办法超。

  做到超导72位量子比特谷歌现在最新成果已经,多能达到可应用相干时间都差不。20位比特IBM做到,导方面国际上最高的水平这两家代表了目前在超;其应用也是非常有限即使实现了量子霸权,低级的应用是功能比较,机不是通用机而且是专用,解决所有问题的通用机就是能够,内能处理特定任务专用机是相干时间,专用机这叫,五年做出第一个产品IBM有可能在三,做出来了但是即便,个专用机仍然是一,低级的专用机是一个功能很,管低级但是尽,脏俱全其五。计算机普及以前就像我们电子,器先普及电子计算,是数据运算很全功能很差但是它,子计算器产品上市将来有可能先是量,概的状态这是大。

  管时代到集成电路时代的过渡阶段整个量子计算机发展处在从晶体。一个本源公司我们现在是搞,可以到那里看大家有兴趣,你量子计算机的基本知识那个公司平台里面告诉,怎么操作告诉你,模拟量子比特怎么用经典来。

  来说总的,的主要困难量子计算机,特数起码是10万以上量子芯片的物理量子比,间要足够长还有相干时,技术跟容错技术能采用量子纠错,都很难实现这两个技术,可以解决理论上,起来很难但是做。计算机任务完成所以要确保量子,间足够长相干时,时间足够快每次操作。错纠错难点放在一边如果专用机先把容,比特数追求,到一定程度比特数做,更快的解决特定的问题就能够比电子计算机,100才可以达到量子霸权这个比特数大概是50—,算机的发展情况这个就是量子计。告时间也差不多了我20分钟的报,大家谢谢。

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