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標題: 中美同日突破量子計算機？ [列印本頁]

作者: 春意正濃 時間: 2015-12-12 22:18
標題: 中美同日突破量子計算機？
發表時間：2015-12-11 16:04:51

如果光看下面兩條新聞，你會覺得今天（2015年12月11日）是計算機歷史上一個會被永遠記住的日子：美國時間12月9日，多家美國媒體報道，美國航空航天局與谷歌公司本周早些時候（12月8日夜）宣布，他們製造出了第一台真正利用量子機制運算的電腦，並稱這台代號D-WAVE 2X的計算機運算速度可以達到普通電腦的一億倍。10日，俄羅斯衛星新聞網發表新聞稱，中國科技大學的一個研究小組利用一塊金剛石製造出了世界上首台量子計算機，可以在不到一秒時間內破解普通計算機需要幾年甚至十年才能破解的密碼。量子計算機和常溫核聚變、超導等技術被視為開啟第四次工業革命大門的未來技術，如今中美竟然在一星期內先後宣布突破這種能夠把信息技術帶入新時代的超級電腦？如果這都是真的，那不啻於吹響「量子計算機競賽」的號角，其意義不亞於點燃太空競賽的「東方」號飛船升空。然而，觀察者網發現，這兩條新聞似乎都顯然有誇大成分，人類真正要進入量子計算時代，恐怕還要等很長時間。

NASA與谷歌聯合實驗室中的D-wave計算機

12月9日，PCWorld雜誌網站發表新聞，稱谷歌和NASA在矽谷展示的D-Wave 2X量子計算機是世界上第一台能夠穩定工作的量子計算機。報道稱，這台計算機是從加拿大D-wave手中購買。這家公司早在2007年就宣稱自己已經研製出了量子計算機，並在2012年獲得中情局和民間投資。谷歌在2013年與美國國家航空航天局聯合成立了一個實驗室，計劃使用這種計算機來研究人工智慧（也就是說，谷歌和NASA並未真正參加「製造」量子計算機，這台計算機的實際研製者是D-wave公司）。

今年8月，D-Wave公司發布了2X系統，運用了1152量子比特架構（對比其第二代系統多了640量子比特）。谷歌此次就是聲稱在這套系統上取得了突破性進展。

有意思的是，兩年前D-Wave公司宣稱自己的D-Wave量子計算機的運算速度可以比現代計算機提高十萬倍，而今，這個數字竟已經變成了一億倍。如果這是真的，這將是一個令人震撼的事實。

但是，D-WAVE公司的「量子計算機」實際是一種運用「量子退火技術」的計算機，它並非人們真正談論的量子計算機，只是在解決一些特殊問題的時候具有較高的效率。正是因為其原理上的缺陷，學術界和行業界對D-Wave的批評從未中斷。

2014年1月13日，以美國加州大學的Martinis和Lidar教授為首的研究組，包括Google公司的研究人員，其中Lidar教授正是上述實驗室的主任，正式宣布：在503個量子比特的D-Wave Two型的量子計算機上的實驗數據表明，沒有任何量子加速的證據。

MIT計算機科學家和量子計算專家Scott Aaronson認為D-Wave是炒作高手，而且認為D-Wave即使推出所謂1000位的量子計算機也不會有什麼改變，因為這在原理上也不會再有量子加速的優勢。

D-Wave計算機的核心部分，「量子」晶元，必須在高度隔絕外部溫度的環境中運轉

而另一方面，關於俄羅斯媒體所謂中國製造出量子計算機的新聞，這則俄羅斯衛星網中文版發布的新聞是這樣說的：

據俄羅斯衛星網12月11日報道，以杜教授為首的中國科技大學研究人員小組建立了一個新的系統，這個系統可以使用相應的方式退出體系結構。
比起普通二進位計算機，這一系統使得能夠進行更為大量的計算。通常，這種系統都需要帶有氣候檢測的特別裝備實驗室，而這一新模型卻能夠在普通的房屋內也能夠安全存放。其量子計算能夠在普通室溫的條件下工作，這是藉助於金剛石中少量的氮來完成的。

報道稱，這一工作的主要目的是使量子計算機能夠用於商業用途。他們可以處理龐大容量的信息，並以比傳統計算機更快的速度解決一些複雜問題。

如果中國的研究成功，金剛石或許會取代硅成為計算機科學的象徵材料

就在兩三年前，量子計算機被認為是大多數學者遙遠的夢想。因大量的技術問題，很多人認為，在計算機能夠投入應用之前，建造這一計算機則需要十年。（俄羅斯衛星網原文引用完）

觀察者網根據上述新聞中的部分關鍵詞找到了《中國科學報》2015年12月8日發表的文章：《中國科大固態自旋量子操控研究獲進展》：
中國科學技術大學杜江峰研究組在固態自旋體系中實現了達到容錯閾值的普適量子邏輯門，這一結果代表了目前固態自旋體系量子操控精度的世界最高水平，研究成果發表在11月25日的Nature Communications上。

量子計算作為一種新型的信息處理方式，利用量子疊加性使得大量計算任務能夠同時進行，因此能夠有效處理經典計算科學中許多難以解決的問題。然而要實用化量子計算就必須克服退相干效應等諸多不利因素。因此科學家們提出了量子糾錯方案，但量子糾錯方案對量子計算的每一步操作精度有著極其嚴苛的要求。如何在雜訊干擾嚴重的量子體繫上實現高精度量子邏輯門，成為實現量子計算的關鍵之一。2014年2月《物理評論快報》報道了杜江峰組將動力學解耦技術和邏輯門操作有效結合起來，實現了精度高達0.996的單比特量子邏輯門操作。同年4月《自然》雜誌報道了美國加州大學聖塔巴巴拉分校Martinis團隊在超導量子比特上實現了0.9992單比特量子邏輯門操作。

為了進一步提升量子邏輯門精度，就需要更有效地抑制各種雜訊效應，從而將量子邏輯門發生錯誤的概率控制在一個極低的水平。杜江峰研究組提出了一種新型的組合脈衝方法，通過精巧設計該組合脈衝的參數，使得該方法不僅具備動力學解耦技術抑制退相干效應的優勢，還能夠極大地消除操控場的雜訊效應。他們基於金剛石色心體系來考察新型組合脈衝實現單比特量子邏輯門的效果，實驗結果表明量子邏輯門精度達到了0.999952。此外，他們進一步發展了量子最優控制方法來實現高精度兩比特量子邏輯門（受控非門），實驗結果表明兩量子比特受控非門的精度達到0.992。
上述研究得到了國家自然科學基金委、科技部、中國科學院和教育部的支持。

（中國科學報原新聞引用完）

換句話來說，這則新聞的實際內容是，中國科學技術大學提出了一種可能具有可行性的量子計算機原理。但距離真正製造出運用這一原理的計算機，恐怕還有很遠的距離。俄媒的相關報道可能是對中國新聞報道的誤讀。不過，據觀察者網科技記者諮詢相關專家得知，中國近兩年內在量子計算機原理領域的進步驚人，或許正在逐步接近製造出量子計算機的最終目標。只不過，與常溫核聚變一樣，真正實用的量子計算機到目前為止仍是一個未來10-20年內才可能取得真正技術突破的長期研究項目——只不過，用這一概念來炒作吸引眼球，甚至吸引投資，在西方某些商業公司看來已經是一條可行的生財之道。

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