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高大上的“量子计算机”是怎么来的?

2017年02月08日 14:50 次阅读

高大上的“量子计算机”是怎么来的?

自上世纪90年代提出量子计算机概念以来,技术和研发费用是限制这类逆天设备发展的壁垒,期间加拿大D-Wave公司曾宣称已经研发出量子计算机,但是业 界对这台设备仍持质疑态度。庆幸的是,近几年我们能够看到业界在量子计算机上取得的突破,或许,第一台真正意义上的量子计算机很快就会来了!

D-Wave量子计算机
量子计算机是一种遵循量子力学规律,进行高速运算、存储及处理量子信息的物理装置,其运行的是量子算法,处理速度惊人,比传统计算机快数十亿倍。阿里已经和中科院共同成立了一个量子计算机研究室,其中中国科学院在量子信息技术方面处于国际先进水平。该实验室计划,到2025年,量子模拟将达到当今世界最快的超级计算机的水平。那么这种科幻级设备工作原理是什么样的?我们从阿里中科院实验室中的图片来一一揭秘。

高大上的“量子计算机”是怎么来的?

plug光路-用于囚禁原子
量子计算机本身处理的是量子数据,那么要实现超强的功能就需要有量子。我们要把原子量子化,那么便需要从囚禁原子开始。囚禁原子是原子物理学的一种新的实验平台,研究人员可以用此方法自由操纵单个原子,此步奏完成后,就可以开始冷却原子。可以说囚禁原子是量子计算机的通用方案。

高大上的“量子计算机”是怎么来的?

超冷原子囚禁在光晶格
在原子被“囚禁”后,就需要降低原子的温度,一般超冷原子的温度需要接近绝对零度(100nK)。因为原子在常温下的速度高达到数百米每秒,只有让原子保持在极地温度状态,才可受控制。图中系统是模拟凝聚态物质中的量子现象,如高温超导等。

高大上的“量子计算机”是怎么来的?

操作原子的激光器系统
该系统主要用于操控原子的量子态,这是冷却原子后的下一步,如何保持长时间的量子态是最大的技术瓶颈。科普:电子做做稳恒运动是的状态叫量子态,目前,量子态隐形传输的距离的距离最远可达16km。

高大上的“量子计算机”是怎么来的?

制备并研究极低温分子
此外,量子计算机还致力于控制分子的状态,分子在常温下会做不规则的热运动,温度越低分子运动的越慢,在低温情况下更易受控制,进一步进入量子态。

高大上的“量子计算机”是怎么来的?

超低温状态下的原子
上图是超低温状态下的原子。一般情况下,超冷原子的温度在百纳开左右,(接近绝对零度,0K),在此情况下就可以进入量子态。
D-Wave推出的首台量子计算机已经被吐槽不如传统计算机的处理速度,而真正的量子计算机是可以秒掉超计算机,至于何时能造出这种计算怪物,我们不得而知。

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