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量子计算的最新研究与进展

2020-03-20
来源:AET
关键词: 量子计算 量子霸权

  量子计算被称关乎未来的竞争。在美国研究机构未来今日研究所(Future Today Institute)发布的《2020年技术趋势报告》中,提到世界科技产业将被一系列关键词所塑造,其中就有量子计算。

  我们就来梳理下过去半年全世界范围内发生的相关重大事件,了解下各个国家的量子研究布局和取得重要突破。

  2019年8月4日 中国首次研制出24-Qubit超导量子比特处理器

  中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的超导量子实验团队,联合中国科学院物理研究所范桁理论小组,在超导量子计算实验领域取得重要进展,在一个集成了24个量子比特的超导量子处理器上,通过对超过20个超导量子比特的高精度相干调控,实现了 Bose-Hubbard 梯子模型多体量子系统的模拟。

  研究团队以24比特超导量子处理器为平台,开展量子多体系统动力学问题的模拟研究,在超导量子芯片上实现了对 Bose-Hubbard 梯子模型多体量子系统的模拟,观察到了单激发和双激发两种模式下完全不同的独特动力学过程,显示了超导量子芯片作为量子模拟平台的强大应用潜力,对强关联多体系统统计学特性研究有重要的指导意义,为利用多量子比特系统研究多体物理系统奠定了基础。

  2019年9月14日 IBM和Fraunhofer宣布发起德国量子计算计划

  IBM和Fraunhofer宣布发起德国量子计算计划,宣布开设新的Quantum数据中心,并推出新型53-Qubit量子机器。

  德国政府将在未来两年内投资6.5亿欧元,将量子技术从最初的研究推向市场应用。根据协议条款,IBM将在德国的一家工厂安装一台Q System One量子计算机,与Fraunhofer Society建立一个研究单位和联盟,目的是成为量子计算研究的主要枢纽。

  2019年9月20日 谷歌宣布实现“量子霸权

  谷歌在《自然》杂志上发表的论文显示,最新实验基于一个包含54个量子比特的量子芯片“西克莫”。谷歌对产生随机数的计算问题进行验证,即使是当今最先进的传统超级计算机“顶点”也要耗时1万年,但“西克莫”仅用200秒便完成了运算。谷歌由此宣称,已经打造出第一台运算能力远远超过传统超级计算机的量子计算机。美国麻省理工学院教授威廉·奥利佛认为,这是量子计算领域的“里程碑”和“非凡成就”。谷歌首席执行官皮柴更是宣称,此次成果在量子计算发展史上的地位,可媲美莱特兄弟发明飞机时的首次试飞。

  IBM团队随后表示,谷歌的评估测试存在缺陷,根据IBM的估算,在传统超级计算机上模拟谷歌的计算结果其实只需要两天半,根本用不了1万年。因此“完成传统计算机无法完成的工作”这一“量子霸权”的临界值还没有达到。

  2019年10月2日 量子计算机首次商业实际使用

  OKI Data(OKI集团打印机公司)将基于加拿大D-Wave公司提供的量子计算机应用于OKI Data LED管理工厂的半导体制造机器的最佳布局计算,成功将员工移动距离平均缩短28%。这是量子计算机的首次商业实际使用。

  2019年12月3日 以色列投资12亿谢克尔用于量子计算研究

  以色列计划6年投资12亿谢克尔(约24.3亿元人民币)用于量子计算研究。以色列的计划要求在六年内投入12亿谢克尔(约24.3亿人民币)。 大部分资金将来自高等教育委员会、国防部研究、武器开发和技术基础设施管理局以及学术机构的现有预算。 政府将投入1.9亿谢克尔(约3.85亿人民币)。

  2019年12月6日 大众展示世界首个量子计算实时应用

  大众展示世界首个量子计算实时应用,优化交通路线。

  大众专家与Hexad 的科学家和 PTV Group 合作,开发了量子路由算法和数据管理系统,该系统运行在内部部署的 D-Wave 量子计算机上。该系统结合经典(非量子)机器学习预测交通流量和优化车辆分配,使其变化对其他地方交通的影响最小化。

  2019年12月7日 英特尔宣布推出新型低温芯

  英特尔宣布推出新型低温芯片“Horse Ridge”,以加速量子芯片大规模集成。

  Horse Ridge将使控制多个量子比特(量子位)成为可能,并为扩展更大的系统设定一个清晰的路径--这是量子实用性道路上的一个重要里程碑。量子计算的挑战在于它现在只能在接近冰点的温度下工作。英特尔正试图改变这一状况,控制芯片是在非常低的温度下实现控制的一个步骤,有了它在放置量子计算机的冷藏箱可减少数百根电线。

  Horse Ridge是英特尔与代尔夫特理工大学的研究合作者一起开发的,采用英特尔的22纳米FinFET制造技术。

  英特尔表示,这种芯片的尺寸大约相当于茶杯碟,可以执行的任务数量与那些数百条电缆的传统量子计算机控制系统是相同的。该芯片置于低温冰箱内,量子硬件在其中运行,通过与编程指令对应的电磁微波脉冲无线操作量子位。

  此外,英特尔和微软宣布公开Cryo-Cmos量子控制芯片。

  2019年12月20日 国内第一个较为完整的量子程序设计平台isQ正式上线

  中国科学院软件研究所发布消息,由其自主研发的国内第一个较为完整的量子程序设计平台isQ正式上线。

  “isQ”中的“is”代表软件研究所Institute of Software,“Q”代表量子Quantum。isQ平台是基于软件所量子软件团队多年来在量子程序设计模型、量子程序逻辑、量子程序分析算法等方面所取得的系统性理论成果基础上成功实现的。该平台包括量子程序设计、编译、模拟、分析与验证等系列工具,已上线的功能主要包括编译器、模拟器、模型检测工具、定理证明器四部分。其中,编译器和模拟器部分由该团队与清华大学计算机科学与技术系合作完成。

  2019年12月25日 玻色取样量子计算刷新四项世界纪录

  中国科技大学潘建伟院士、研究的玻色取样量子计算刷新四项世界纪录。

  中国科学技术大学教授潘建伟、陆朝阳教授团队与德国、荷兰的科学家合作,在国际上首次实现了20光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算,输出了复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特态空间,其维数高达370万亿。这个工作在光子数、模式数、计算复杂度和态空间这四个关键指标上都大幅超越之前的国际记录,其中,态空间维数比国际同行之前的光量子计算实验高百亿倍。

  美国物理学会Physics网站以“玻色取样量子计算逼近里程碑”为题对该工作做了精选报道,网站评价认为,这个实验已经接近超越传统计算机,意味着量子计算领域的一个里程碑。

  2020年1月9日 IBM宣布扩展IBM Q Network

  IBM宣布扩展IBM Q Network。该网络现在总共包括了100多个组织,新增加的组织包括跨多个行业的领先组织,学术机构,政府研究实验室和初创公司。更具体地说,扩展后的IBM Q Network现在包括高盛,富国银行,国歌,达美航空,斯坦福大学,乔治亚理工学院,洛斯阿拉莫斯国家实验室,AIQTech,Beit,Quantum Machines, Tradeteq和苏黎世仪器等著名机构和公司。

  所有这些公司都将专注于量子计算的实际应用,并将20万多名用户连接到IBM的量子系统和IBM云上托管的模拟器。

  2020年1月15日 中科大潘建伟团队计划实现对50个光子的相关操纵

  中科大潘建伟团队计划实现对50个光子的相关操纵,验证量子霸权。

  潘建伟透露,其技术路线采用玻色取样,相比谷歌更具优越性,预计计算速度将达到全球最强超级计算机“顶点(Summit)”的1亿倍。在量子通信方面,他们计划研制一台光钟,精度达到10-21秒,大概10万亿年误差不超过1秒钟,这种技术也可以提供一种引力波探测的新途径。

  2020年3月19日 英特尔宣布Pohoiki,Springs已准备就绪

  英特尔公布了一项新的神经拟态研究系统,并声称基于云计算的方式,可以解决更大规模和更复杂的问题。英特尔将这个名为“Pohoiki Springs”的系统推向英特尔神经拟态研究社区成员,后者包括来自埃森哲、空中客车等公司、政府实验室和学术研究人员。

  Pohoiki Springs是一个数据中心机架式系统,将768块Loihi神经拟态研究芯片集成在5台标准服务器大小的机箱中。这套系统将英特尔的Loihi神经拟态研究芯片扩展了750倍,同时以低于500瓦的功率运行。

  Loihi处理器的设计思路来源于人脑,所以Pohoiki Springs相当于拥有1亿个神经元,它将Loihi的神经容量增加到一个小型哺乳动物大脑的大小。不过,该系统目前仍处于研究阶段,其设计目的也并非取代传统的计算系统。

  英特尔神经拟态计算实验室主任Mike Davies表示,这意味着,机器学习模型的学习方式与人类因戈尔的学习方式类似,一次看到图像或者玩具,就能永远识别它。这些模型还可以从数据中学习,几乎在一瞬间,就可以做出比传统契机学习模型更准确的预测。


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