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郭光灿院士:“量子计算器”可能先出现

2018-11-23作者:admin来源:未知次阅读

  “有人宣传说量子什么技术马上可以走进千家万户,这是不对的,量子技术距离线日,中国科学院院士、中国科学院量子信息重点实验室主任郭光灿在“中国高新技术论坛颠覆性创新技术主题论坛”上就量子计算机相关主题发表的演讲中提到,近几年量子信息“炒作太过分”。

  “量子世界确实神奇,但经过某些媒体、个别学者炒作以后,把量子信息弄得非常火,什么灵魂、宗教这些自然界搞不清的都可以归结于量子纠缠,这是不对的。”事后,郭光灿对《中国科学报》记者说,“后来有媒体采访我,我当时讲得不多,但我想强调的主要观点是,量子信息是科学,不是玄学!科普不应当是科幻。”

  “从经典工具迈进到量子工具新时代,这是量子信息诞生的重大意义。但是,尽管量子时代的前景非常辉煌,但是它的路很漫长。”郭光灿说,“量子技术可以给人类带来什么?有哪些潜在的应用?不能做什么?哪些是非科学的玄学?必须讲清楚。随着人们研究得不断深入,可用的量子技术会不断开拓出来。”

  在可用的量子技术中,量子计算机是“最重要的”。但是郭光灿强调,量子技术有两点“肯定做不到”:第一,量子世界不存在“超光速的信息传输”;第二,量子信息不可能把人瞬时地从一个地方传送到另一个地方。

  人们对“超光速的信息传输”的误导,源于量子纠缠。“量子纠缠非常奇异:A、B两个纠缠粒子,对其中一个粒子的测量便瞬时引起另一个粒子的状态发生变化这种瞬时的变化被认为是超光速的通信、 幽灵般地超距效应。”郭光灿说,其实,和经典世界一样,量子世界并不存在超光速的信息传输。

  “那么幽灵究竟是什么?事实是,两个纠缠粒子之间的瞬时变化无需(未发生)任何信息的传递,真实的物理原因是它们的量子关联。”他说,量子关联是产生这个现象的本质因素。

  “可以负责任地说,量子技术肯定做不到瞬移,这不是技术达不到,而是原理不通。”郭光灿说:“把科学幻想和神话当成科学知识来传播,是将量子力学妖魔化。”

  “一旦摩尔定律终结了,什么技术能继续提高计算机的运算速度?量子计算技术。量子计算机与经典计算机的最大不同,是来自于量子世界特性的并行运算能力量子计算机就是靠并行运算能力来加速运算速度的。”

  美国数学家PeterShor提出了一种可以求解大数质因子分解的算法“Shor算法”,这种方法可以破解当前已被广泛使用的公开密钥加密方法(RSA加密)。但是这种算法要想分解一个位数较多的大数也是非常困难的。

  郭光灿举例说,比如要分解一个129位大数的质因数,有科学家曾用1600台计算机花了8个月的时间才分解成功这也正是这一加密方法被广泛应用的原因。但是一旦量子计算机研制成功,计算机基础几秒钟就能破解。

  也就是说,一旦量子计算机研制成功,现在广泛使用的公开密码体系将会瓦解。郭光灿说,最近美国已经宣布要把现有的公开密钥分期分批淘汰,这也是因为“量子计算机的实现已不再是遥遥无期了”。

  “经典计算机跟量子计算机相比,就好像算盘跟经典电子计算机相比一样。因此,一旦通用的量子计算机问世,人类社会将会经历天翻地覆的变化。”郭光灿表示。

  美国自90年代初就布局了量子计算机的研究,如今逐步聚焦到半导体量子芯片和超导固态体系。郭光灿介绍说,目前这两个领域的进展各有千秋。

  超导体系方面,郭光灿说:“超导固态体系的好处是可扩展,缺点是量子相干性非常脆弱如果量子计算机还没来及解决问题(量子相干性)就被破坏掉,那么运算就失败了。因此,(对于超导路线)量子容错是一个关键问题。”

  而半导体量子芯片,郭光灿说,国际上目前已制备出三个比特的半导体量子芯片;中科院量子信息重点实验室目前也已经做到三个量子比特,基本上达到国际的水平。

  但郭光灿表示:“半导体路线,虽然有进展,但是离终点还很远。”他还提到,在超导量子芯片方面,国际上比较领先,相干时间已经延长到100微秒,量子比特数做到了十几个,而国内在超导路线上远远落后。

  “量子计算机的主要困难,除了量子芯片的量子比特数要达到一定数量(可实用的量子计算机可能至少需要1000个物理量子比特)之外,还要求量子相干时间足够长,这需要采用量子纠错和容错技术,然而这两项技术都很难实现。”郭光灿说,虽然理论上能够解决,但做起来极其困难。

  “量子计算机的研制是一个复杂的工程问题。”郭光灿介绍说,其所涉及的硬件问题包括量子芯片、操控系统、测量系统等的研发以及用于制备量子芯片的材料等;软件包括量子编码、量子软件、量子系统的结构等。

  关于“量子计算机何时能够实现?”这一问题,美国总统科学技术办公室曾于2017年7月发文称:“预计几十个量子比特、可供早期量子计算机科学研究的系统可望在5年内实现。”欧盟委员会则在2017年5月于荷兰阿姆斯特丹举办的欧洲量子会议上发布《量子宣言》,计划“5年内发展量子计算机新算法,5~10年用大于100物理量子比特、有特定用途的量子计算机解决化学和材料科学难题”。

  加州理工学院理论物理学家John Preskill曾提出“quantum supremacy”(被译作“量子霸权”),用以表达一旦研制成功,“量子计算机将拥有传统超级计算机所不具有的能力”。

  对此,郭光灿表示,要实现quantum supremacy,量子芯片的量子比特数起码要达到100个左右:“也就是说做到经典计算机没有办法超越的水平可能要到100个逻辑比特左右。”

  不过,郭光灿认为,即使实现了“量子霸权”,其应用也是非常有限:“只能用于功能比较低级的应用,而且是专用机不是通用机。”

  专用机是指在相干时间内处理特定任务的机器。不过,专用机尽管低级,其五脏俱全。“就像电子计算机普及以前,电子计算器先普及一样,功能很差但是它是数据运算很全。将来有可能先是量子计算器产品上市,这是大概的状态。”郭光灿认为,未来率先上市的可能是“量子计算器”。

  从原理说,一个微观粒子不可能同时出现在不同地方,只是有一定概率出现在不同地方,量子纠缠不意味着存在隔空诡异作用,这些是量子计算机前途未卜的根本原因,何时能成功的预言总是屡屡失望。无关于量子态叠加和纠缠的超导计算机(如 D-WAVE 机)有加速计算得可能,但实用价值值得怀疑。2018/11/21 15:16:04wangguowen

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