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IBM Q 领跑“量子霸权”但其背后是无

来源:未知  发布时间:2018-08-13 13:30

  图 蒸汽朋克吊灯?并不是。这是世界上最先进的量子计算机之一的 IBM Q。

  距离纽约市以北约 80 千米,在一个郁郁葱葱的乡村中,一些精致的管子和电子设备缠绕在小型实验室的天花板上。这堆设备实际上是一台计算机。这台名为 IBM Q 的计算机不是一台普通的计算机,它可能即将成为该领域史上最重要里程碑的计算机。

  量子计算机有着远远超出任何经典超级计算机性能的前景。它们可以通过在原子尺度上模拟物质的行为来发现新材料,还有着破解一些现阶段不可破解的代码的潜力——这将强烈地威胁现代密码学和信息安全,甚至有希望通过更有效地处理数据来增强人工智能。

  然而,经过了几十年平缓的发展,直到最近研究人员才终于构建出了一台量子计算机。这是一个被称为“量子霸权”的里程碑。谷歌是这个里程碑的领导者,而英特尔和微软也有着很重要的贡献。紧接着,一些资金雄厚的量子计算创业公司也出现了,其中包括 Rigetti Computing,IonQ 和 Quantum Circuits。

  但是,在这个领域还没有哪个竞争者能与 IBM 相提并论。从 50 年前开始,该公司在材料科学方面取得的成就奠定了现代计算机的基础。这也是为什么去年 10 月,IBM Thomas J. Watson 研究中心尝试回答这些问题:量子计算机会对哪些问题有好处?我们真的可以创造出一个实用可靠的量子计算机吗?

  Thomas J. Watson 研究中心位于 Yorktown Heights,于 1961 年建成,看起来有点像想象中的飞碟。它由新未来主义建筑师 Eero Saarinen 设计,并在 IBM 全盛期成为大型商用主机的制造基地。IBM 那时是世界上最大的电脑公司,而且在这个研究中心建成的十年内,它是世界第五大公司,仅次于福特和通用电气。

  虽然从建筑内的走廊可以看到外面的乡村,但所有办公室里面都被设计成无窗的。Charles Bennett 就在其中一间与世隔绝的屋子里。他已经是一位七十多岁的老人,留着大片白色连鬓胡子,穿着黑色袜子和凉鞋,还戴着带有笔的口袋保护器。坐在旧电脑显示器,化学模型以及奇怪的小迪斯科球中间,他回想起量子计算的出现的事,就像发生在昨天一样。

  1972 年,当 Bennett 加入 IBM 时,量子物理学已经出现了半个世纪,但计算仍然依赖于经典物理学和信息数学理论(由 Claude Shannon 在 20 世纪 50 年代在麻省理工学院建立)。Shannon 根据存储信息所需的“比特”(这是一个由他普及但不是他创造的术语)的数量来定义信息的数量。这些比特,也就是二进制代码的 0 和 1,是所有经典计算的基础。

  在抵达 Yorktown Heights 一年后,Bennett 建立了量子信息理论的基础,这将挑战信息论的一切,这个理论依据的是在原子尺度上物质的特殊行为。在这个尺度下,粒子可以同时处在许多状态(例如,许多不同的位置)的“叠加”。两个粒子也可以表现出“纠缠”的性质,也就是改变其中一个的状态可能会瞬间影响到另一个的状态。

  Bennett 和同事们意识到,在量子现象的帮助下,人们可以有效地执行几种指数型耗时甚至不可能的计算任务。量子计算机会将信息存储在量子比特,或者叫 qubit 中。qubit 可以以 1 和 0 的叠加的形式存在,并且用纠缠和干涉效应来找到在指数量级状态下的计算解决方案。IBM Q 领跑“量子霸权”但其背后是无数工程师的梦魇虽然恼人的是很难类比量子计算机和经典计算机,但大体上讲,只有几百个量子比特的量子计算机能够同时执行数量上比已知宇宙中的原子更多的计算任务。

  图 量子信息理论奠基人之一 IBM 研究员 Charles Bennett。他在 IBM 的工作帮助建立了量子计算的理论基础。

  1981 年夏天,在距离麻省理工学院校园不远的法国风格大厦 Endicott House,IBM 和麻省理工学院组织了一次名为“计算物理第一次会议”的里程碑式活动。

  当时,在草坪上坐着许多计算和量子物理史上最有影响力的人。

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