谷歌在今年秋天大张旗鼓地宣布,它已经证明了“量子霸权”——也就是说,它执行特定量子计算的速度远远快于最好的经典计算机所能达到的速度。IBM立即对这一说法提出了批评,198彩票平台注册送的钱怎
198带玩团队是1号团队吗么提款,称它自己的经典超级计算机可以以几乎相同的速度、保真度高得多地执行计算,因此,对谷歌的声明应该“抱有极大的怀疑”。
这不是第一次有人质疑量子计算。去年,法国蒙彼利埃大学(University of Montpellier)的理论物理学家米歇尔?
那么,你如何理解正在发生的事情呢?
作为一个从事量子计算多年的人,我相信由于硬件中不可避免的随机错误,有用的量子计算机不太可能被制造出来。
量子计算机是什么?
要理解为什么,你需要理解量子计算机是如何工作的,因为它们与经典计算机有着根本的不同。
经典的计算机使用0和1来存储数据。这些数字可以是电路中不同点上的电压。但是量子计算机是在量子比特上工作的,也被称为量子位。你可以把它们想象成与振幅和相位相关的波。
量子位具有特殊的性质:它们可以以叠加的形式存在,即它们同时是0和1,而且它们可能会纠缠在一起,因此它们具有相同的物理性质,尽管它们之间可能相隔很远。这种行为在经典物理学中是不存在的。当实验者与量子态相互作用时,叠加就消失了。
由于叠加,一个100量子位的量子计算机可以同时表示2100个解。对于某些问题,可以利用这种指数并行性来创造巨大的速度优势。例如,一些代码破解问题可以在量子计算机上以指数级的速度解决。
还有另一种更狭义的量子计算方法,称为量子退火,即使用量子位来加速优化问题。总部位于加拿大的D-Wave系统公司已经建立了优化系统,该系统使用量位来实现这一目的,但批评者也声称这些系统并不比传统的计算机更好。
无论如何,公司和国家都在量子计算上投入了大量的资金。中国已经开发了价值100亿美元的新量子研究设施,而欧盟已经开发了价值10亿欧元(11亿美元)的量子总体计划。美国国家量子倡议法案提供12亿美元,在5年内促进量子信息科学。
对许多国家来说,破解加密算法是一个强大的激励因素——如果他们能成功破解,将给他们带来巨大的情报优势。但这些投资也促进了物理学的基础研究。
除了谷歌和IBM之外,包括英特尔和微软在内的许多公司都在努力建设量子计算机。这些公司正试图制造能够复制经典计算机电路模型的硬件。然而,目前的实验系统只有不到100个量子位元。为了获得有用的计算性能,您可能需要具有数十万量子位元的机器。
谷歌的Sycamore芯片在量子低温恒温器中保持低温。谷歌的Sycamore芯片在量子低温恒温器中保持低温。(图片来源:Eric Lucero/谷歌,Inc.)
噪声和误差校正
支撑量子算法的数学已经建立得很好,但仍然存在令人生畏的工程挑战。
为了使计算机正常工作,它们必须纠正所有的小的随机错误。在量子计算机中,这种误差产生于非理想电路元件以及量子位元与周围环境的相互作用。由于这些原因,量子位元可能在几分之一秒内失去相干性,因此,计算必须在更短的时间内完成。如果随机错误——在任何物理系统中都是不可避免的——不加以纠正,计算机的结果将毫无价值。
在传统的计算机中,小的噪声通过阈值的概念来修正。它就像数字的四舍五入。因此,在已知误差小于0.5的整数传输中,如果接收到的是3.45,则接收到的值可以被更正为3。
进一步的错误可以通过引入冗余来纠正。因此,如果0和1被传输为000和111,那么在传输过程中最多可以纠正一个位错误:接收到的001将被解释为0,接收到的101将被解释为1。
量子纠错码是经典纠错码的推广,但两者之间存在重要的区别。首先,未知的量子位元不能被复制以包含冗余作为误差修正技术。此外,在引入错误校正编码之前,传入数据中出现的错误是无法纠正的。
量子密码
虽然噪声问题在量子计算机的实现中是一个严重的挑战,但在量子密码学中却不是这样,人们在量子密码学中处理单个量子位,因为单个量子位可以在相当长的时间内与环境保持隔离。使用量子密码学,两个用户可以交换称为密钥的非常大的数字,从而保护数据,而没有人能够破坏密钥交换系统。这种密钥交换可以帮助确保卫星和军舰之间的通信安全。但是交换密钥后使用的实际加密算法仍然是经典的,因此理论上加密并不比经典方法强。
量子密码学在商业上的应用仅限于高价值的银行交易。但是,由于双方必须使用经典协议进行身份验证,而且由于链的强度仅取决于其最弱的链接,198平台是菲律宾著名线上菠菜公司
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如果量子密码学技术要比现有的密码学技术安全得多,它就必须把重点转移到信息的量子传输上。
商业规模的量子计算挑战
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