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如何客观评价中国的两台量子计算原型机
关键字: 量子计算机潘建伟【本文转自微信公众号“科工力量”(ID:guanchacaijing)】
5月3日,中国两台量子计算原型机问世,这两台原型机由中科大、中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室、浙江大学、中科院物理所等单位或公司联合研制。虽然有媒体对该技术成果冠以“解读中国量子计算机,比神威·太湖之光还厉害?”这类的标题进行报道。但就以技术成果的目标而言,距离制造真正通用的标准量子计算机还有很长的路要走,本次发布的两台原型机,仅仅是中国量子计算研发中迈出的一小步。
潘建伟教授在5月3日新闻发布会
两台量子计算机性能究竟怎么样
首先来看光量子计算原型机。据中科院院士潘建伟介绍,研究团队在2016年首次实现十光子纠缠操纵的基础上,构建出光量子计算原型机,该原型机的“玻色取样”速度比业界快了2.4万倍。通过和经典算法比较发现,这台光量子计算原型机比人类首台电子管计算机(ENIAC)和首台晶体管计算机(TRADIC)运行速度提高10至100倍。
从潘建伟院士的表述中可以发现,这台光量子计算原型机是基于线性光学,把量子点当做单光子源来使用,而且可以实现十光子纠缠操纵。这个成绩已经超过了美国保持的9个量子比特操纵记录。
从公布的结构图上看,图片右下角的是量子点单光子源,被包裹在在一个液氦温度的容器里,也就是图片右侧的那个立方体和圆柱体结合成的“大罐子”。最右侧的那个小柱子就是放大的一个量子点系统的样子,是在一个半导体柱子状的微腔中间生长一个铟稼砷量子点。发射出来的单光子被收集后,通过单光子开关输入到计算光路中,然后计算结果通过探测器的计数,再通过信号处理后就可以得到了。
玻色取样解释起来比较复杂,这个过程可以理解为一个泊松抽样的量子模拟,研制量子计算机的科学家之所以对这个问题有兴趣,因为这是一个#P-Hard问题,比NP-Hard问题要困难得多,而NP-Hard问题又是NP问题里面最难的一种,NP问题是指还未被证明是否存在多项式算法能够解决的问题,可见玻色取样对经典计算机有多棘手。
单光子操作
从用途上看,这台光量子计算原型机肯定是专用机,而非通用机——只能用来做玻色取样。而且这台光量子计算原型机在“玻色取样”方面运行速度比国际同行快了2.4万倍,与人类首台电子管计算机(ENIAC)和首台晶体管计算机(TRADIC)相比,运行速度提高10至100倍。
在肯定这台光量子计算原型机在“玻色取样”方面运行速度比国际同行快了2.4万倍的同时,也需要清醒认识到,这台光量子计算原型机对标的是人类首台电子管计算机(ENIAC)和首台晶体管计算机(TRADIC),比这两台机器运行速度提高10至100倍。其性能还是比较有限的,一些媒体拿神威·太湖之光来做参照,这种做法其实不太妥当。
十超导量子比特的纠缠态
基于超导量子处理器的线性方程解法演示
再来看另外一台低温超导系统的原型机。这台量子计算原型机也实现了10个量子比特,而且和光量子计算原型机一样,也是专用机——只能用来做线性方程组求解。虽然没有这台低温超导系统的原型机的其他介绍,但应该也是类似于ENIAC和TRADIC的存在——性能和通用性一般,但却是国内在该领域迈出的一小步,因而颇具意义。
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- 责任编辑:孙武
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