自上世紀90年代提出量子計算機概念以來,技術和研發費用是限制這類逆天設備發展的壁壘,期間加拿大D-Wave公司曾宣稱已經研發出量子計算機,但是業界對這臺設備仍持質疑態度。
慶幸的是,近幾年我們能夠看到業界在量子計算機上取得的突破。或許,第一臺真正意義上的量子計算機很快就會來了!
D-Wave量子計算機
量子計算機是一種遵循量子力學規律,進行高速運算、存儲及處理量子信息的物理裝置,其運行的是量子算法,處理速度驚人,比傳統計算機快數十億倍。
阿里已經和中科院共同成立了一個量子計算機研究室,其中中國科學院在量子信息技術方面處于國際先進水平。該實驗室計劃到2025年,量子模擬將達到當今世界最快的超級計算機的水平,2030年達到目前頂級超算的百億億倍。
那么這種科幻級設備工作原理是什么樣的?我們從阿里-中科院實驗室中的圖片來一一揭秘。
plug光路-用于囚禁原子
量子計算機本身處理的是量子數據,那么要實現超強的功能就需要有量子。我們要把原子量子化,那么便需要從囚禁原子開始。
囚禁原子是原子物理學的一種新的實驗平臺,研究人員可以用此方法自由操縱單個原子,此步奏完成后,就可以開始冷卻原子。可以說,囚禁原子是量子計算機的通用方案。
超冷原子囚禁在光晶格
在原子被“囚禁”后,就需要降低原子的溫度,一般超冷原子的溫度需要接近絕對零度(100nK)。
因為原子在常溫下的速度高達到數百米每秒,只有讓原子保持在極地溫度狀態,才可受控制。圖中系統是模擬凝聚態物質中的量子現象,如高溫超導等。
操作原子的激光器系統
該系統主要用于操控原子的量子態,這是冷卻原子后的下一步,如何保持長時間的量子態是最大的技術瓶頸。
科普:電子做做穩恒運動是的狀態叫量子態,目前,量子態隱形傳輸的距離的距離最遠可達16km。
制備并研究極低溫分子
此外,量子計算機還致力于控制分子的狀態。分子在常溫下會做不規則的熱運動,溫度越低分子運動的越慢,在低溫情況下更易受控制,進一步進入量子態。
超低溫狀態下的原子
一般情況下,超冷原子的溫度在百納開左右(接近絕對零度0K),在此情況下就可以進入量子態。
D-Wave推出的首臺量子計算機已經被吐槽不如傳統計算機的處理速度,而真正的量子計算機是可以秒掉超級計算機。至于何時能造出這種計算怪物,我們不得而知。