光子计算机实现“量子优势”

文章作者:Maurizio Di Paolo Emilio

中国的一组研究人员声称，他们首次得出了“量子优势”的结论性证明——利用量子力学来执行在传统计算机上可能太慢的计算。

研究小组在中国科技大学与上海微系统与信息技术研究所(SIMIT)和国家并行计算机工程技术研究中心,中国科学院建立量子计算机原型76光子被观察到退出100个频道的网络。

去年，谷歌宣布它已经达到了“量子霸权”，这一术语指的是量子计算机能够执行传统超级计算机几乎不可能解决的计算，除非花费不成比例的时间。在这个特定的例子中，谷歌的量子计算机基于Sycamore 53量子位处理器并且其算法在54态量子芯片上运行，每个芯片包括超导环。

中国团队使用激光光束进行了一项在普通计算机上被证明是不可能的计算，在几分钟内就解决了。这将需要世界上第四强大的超级计算机20亿年的时间。在这些情况下，我们谈论的是实验室测试，目前还不适用于现实。

在实验层面上，谷歌团队使用了冷却到接近零度的超导体，而中国团队在神威太湖之光上使用了光子。为了确定这一成果，中国团队使用了一个统计测试来确定光子在镜子引导下的光路上的路径。在这个过程结束时读取的每个光子都相当于一个揭示计算结果的量子位元。

该团队编写了一种代码来模拟行为，并与中国最强大的计算机相比量化的分辨率时间。它们执行的计算与玻色子采样问题有关。这次问题由两位计算机科学家，斯科特阿拉蒙森和Alex Arkhipov4设计。它涉及计算许多骨折的​​概率分布，其量子波彼此干扰，使得颗粒的位置基本上是随机的。在给定位置检测玻色子的概率可以从许多未知数的等式计算。

研究人员计算出，这台超级计算机需要20多亿年才能完成“九章”3分钟多一点的任务。

光子像量子位

在量子计算机中，比特，即普通光源的基本信息单位，被所谓的“量子位”所取代，量子位由于具有更大的编码信息的可能性，能够处理非常复杂的问题。这些问题大部分是普通计算机无法解决的。

中国队已经证明了如何使用光子，即光线的基本单位，可以增强量子计算，远远超出经典的对应物。他们在室温下执行了任务。与谷歌不同，所使用的光学系统不易再编程。光子量子计算机的优点是它不需要冷却。

从激光脉冲开始，研究人员将信息编码为特定光子状态的空间位置和极化。使这些状态彼此干扰并产生代表输出的光子分布。所使用的光学电路是干涉仪。该团队使用了能够记录单个光子来测量该分布的光电探测器，实际上，该分布，其实对难以以古典方式进行的计算进行编码。

Quantum计算机基于微芯片和电路的计算能力，而是基于量子化学机构的原理，特别是对量子缠结的量子计算，即亚原子颗粒在一定距离下影响不同的亚颗粒的能力。影响实际上是瞬时的，并且量子计算机的计算速度可能是相同的。

量子计算仍处于萌芽阶段，但所有这些至高无上的测试促进了研究，使模拟大型系统成为可能，最重要的是，指导物理学的进步。中国研究人员正在与谷歌和IBM等其他公司展开竞争，日益加速量子计算机的竞争。

这篇文章最初发表于EEWeb．

莫里吉奥·迪·保罗·埃米利奥抱着博士学位。在物理学中，是一名电信工程师和记者。他曾在引力波研究领域的各种国际项目工作。他与研究机构合作，为空间应用设计数据采集和控制系统。他是Springer发表的几本书的作者，以及电子设计的众多科技出版物。