量子计算原型机 _经验常识

【量子计算原型机】

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据美国国家航空航天局(NASA)网站8月12日报道，美国国家航空航天局(NASA)已经向公众展示了首台能够执行量子计算机程序的量子计算机原型机――“费米”(Fermi) 。这台“费米”利用量子位实现了量子纠缠，而纠缠态是量子计算机的基本特性之一。在计算机科学中，“费米”代表着计算能力。在量子计算机原型机研制过程中, NASA利用超导技术开发出了第一台“费米”量子芯片硬件原型机。
1量子计算的发展历程
量子计算机是指能够进行量子计算研究的专用集成电路芯片，如图1所示。其使用量子逻辑门或经典逻辑门执行各种计算任务，通过一系列非经典逻辑门操作，可以在极短时间内完成计算任务。量子计算机在研制中最大的挑战在于如何在复杂操作下实现对海量数据的高效处理。在未来量子计算机有望超越经典计算机成为新一代主流通信技术。但是随着各研究团队针对量子计算开展了大量研究工作，该领域仍面临诸多挑战。
2实现量子计算的关键是量子位
传统计算机是由很多种基本器件组成的计算机，如处理器、存储器、通信接口、操作系统等。量子计算机，顾名思义，就能实现量子计算机的功能，比如将一个量子位映射到另一个量子位上实现一维粒子的加速或求解式问题，或将一个光子映射到另一个光子上实现量子位的拓扑随机变换等等。由于实现量子计算机的主要技术是量子位操作技术，因此量子计算机的性能与它所需要的器件有很大关系。
3量子位的概念和功能
量子计算机是一个由量子位(quantum bigger)组成的巨大体系。量子位在组成体系中占据非常重要的地位，量子位主要包括：一个粒子，一对粒子组成的一个粒子单元和对两个以上的粒子组成的一对粒子单元；一个存储单元–量子比特；一对存储单元–原子组成的一对原子单元以及对数据和信息输入与输出组成的量子比特等等。以 Quantum bigger为例来说：它可以利用四个状态叠加从而实现计算行为。由于四个状态可以相互叠加（量子比特）而又相互独立（即四个量子比特同时叠加),当量子比特出现时就会产生一个或者多个相互作用（即量子比特相互纠缠),即纠缠态(critical wave) 。
4实验验证：未来可通过量子位来处理更多任务
IBM量子计算机实验室主任兼研究员 Josh Loeffenburg表示，对于实现量子计算非常重要的一个原因在于，如果要实现量子计算我们需要实现的东西，量子位是一个非常重要的工具。“费米”在首次实验中就能用量子位来执行随机数字运算，而不是传统系统中使用的经典系统。IBM将这台“费米”芯片的原型机比作“飞机中的发动机” 。尽管这项技术还存在一些不足之处，例如对于量子位是否可以像飞机那样高效执行随机计算还需要进一步研究。但 Loeffenburg说：“这项技术对于实现量子计算具有非常重要的意义。”他说：“从长远来讲，我们将会看到更多不同的量子位数，例如用来处理大规模数据的量子位数应该会在未来得以广泛应用。”（编译/徐莉）
5中国与美国未来目标都是量子计算机
不过，中国与美国的目标都是量子计算机。中国目前还没有成熟的量子计算机技术，但是在未来五年内，中国有可能实现量子计算关键技术突破。据新华社报道在6月22日召开的全国量子信息与量子科技创新大会上，中国科学院院士、中国科学技术大学量子信息与量子科技创新研究院院长潘建伟表示，我国正在加快实现量子计算规模化应用。潘建伟院士表示：“我非常自豪能够代表中国科学家在量子信息领域取得的重大突破！”“面对一个新时代诞生了的‘量子计算时代’”国家量子信息科技创新研究院院长刘昌孝表示。

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