英國薩塞克斯大學日前釋出消息說，該校科學家領銜的一個國際團隊設計了一份有關如何建造大型量子計算機的技術藍圖，各國科學家可在這一技術架構下合作開發性能強大的通用量子計算機。
量子計算機建立在量子技術的基礎上，其性能遠遠超出傳統計算機。原因之一是，傳統計算機中的每個比特位隻有０和１兩種狀态，而一個量子比特位可以有多個狀态。量子計算機如果開發成功，将在密碼破譯等方面發揮巨大作用。
最新的這份量子計算機技術藍圖刊登在美國《科學進展》雜志上，由英國薩塞克斯大學、美國谷歌公司、日本理化學研究所、丹麥奧胡斯大學和德國錫根大學的科學家共同完成，詳細描繪了建造一個大型量子計算機的技術架構。
據薩塞克斯大學介紹，這份藍圖依賴一項新發明的技術，與過去的量子計算機設計中使用光纖來連接配接各個計算子產品不同，新技術用電場和在其中移動的離子作為連接配接手段，能夠讓量子比特在各個計算子產品間更快速地傳輸，進而幫助搭建大型量子計算機，實作遠超傳統計算機的計算處理能力。
參與這個項目的薩塞克斯大學教授溫弗裡德·亨辛格說：“建造大型量子計算機無疑是一個非常大的挑戰，但現在是時候基于英國在這方面的突破性技術，推進學術成果轉化成實際應用。”
研究團隊将這份技術藍圖介紹給科學界同行以及科技行業後，接下來計劃在薩塞克斯大學，按照藍圖中的技術架建構造一個量子計算機的原型裝置。英國《自然》雜志的相關報道說，藍圖所描述的大型量子計算機占地可超過一個足球場，耗資至少１億英鎊（約合８．６億元人民币）。
近來全球許多國家和機構都在争相研發量子計算機，如美國航天局、谷歌公司等機構合作開發的Ｄ－Ｗａｖｅ量子模拟機對某些問題的求解速度已超過傳統計算機１億倍。但學術界還是有許多人認為這不是真正的通用量子計算機。
D-Wave推出的最新量子計算機究竟怎樣？
加拿大公司D-Wave近日宣布，推出旗下最新型号的量子計算機D-Wave 2000Q，計算能力是從前型号的兩倍。
D-Wave公司稱， 新計算機售價1500萬美元，Temporal防禦系統公司是這台新計算機的首個客戶，主要目的是用于網絡安全研究。
但“量子”這個概念很大，真正用來替代現今電子計算機的量子計算機也還停留在實驗室裡。D-Wave的量子計算機從這家公司1999年建立，到2007年推出第一款産品D-Wave One直到現在，圍繞它們的争議就沒有停止。
電子計算機的晶片，是用一個個有開、關兩種狀态的“門電路”組成的。理論上的量子計算機，它的基礎結構“量子門電路”，可以處在開、關這兩個狀态的疊加态上。如果要比喻的話，如果電子計算機可以進行n個計算，量子計算機就可以進行2的n次方種計算。
D-Wave的量子計算機怎麼運轉？它靠模拟大自然的自發現象來運算。舉例來說，一片枯葉的空氣中落地的過程很自然，但這個過程實際上就是一系列描述空氣動力的複雜方程的一個解。2013年發表在Nature的一篇論文顯示，D-Wave量子計算機中的量子晶片，可以利用量子隧道穿透效應，在短時間内完成自然環境裡從高能級向低能級的轉變，産生一個可以幫助優化複雜問題的參數。這個過程被稱為“求解離散空間的局部最優化值”（QUBO），這種算法被D-Wave叫做“量子退火”（quantum annealing）算法。而這種問題，是傳統計算機不擅長處理的。
是以D-Wave 的争議之處在于，他們的“量子計算機”并不是理論中的那種計算力可以超越現今電子計算機很多倍的通用型計算機，它不能程式設計，也不能解決QUBO 之外的其他問題，但它确實利用了量子效應，叫做量子計算機并沒問題。這次公布的2000Q 新型号計算機，就是增加了其中量子退火晶片的數量，提高了運算速度。
在這之前，Google 買了一台D-Wave 量子計算機用來研究人工智能、美國國家宇航局NASA 和軍火商洛克希德·馬丁也采購了同樣的機型用來研究。
與此同時，真正的通用型量子計算機的研究也有一些突破。2016年8月，美國馬裡蘭州大學在實驗室中制作了具有5個量子比特的計算機原型。這個原型和其他量子計算機都不一樣，它可以程式設計進而解決不同的問題。論文稱，這一系統進行基本運算的準确率大約為98%。
原文釋出時間為： 2017-02-06
本文作者： 九州量子
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