量子摩尔定律问世,最高的量子体积,IBM量子计算

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量子摩尔定律问世,最高的量子体积,IBM量子计算

今年 1 月,拉斯维加斯 CES 展会上,Q System One 首次亮相。各国都在争相研发具有强大算力的量子计算机,但是,IBM近日在2019年美国物理学会3月会议上抛出的“量子摩尔定律”,更是让人惊叹!它犹如一件艺术品,被安置在一个 2.74 米高、2.74 宽的的硼硅玻璃柜中,中间挂着吊灯一般的量子计算核心硬件,由一个闪亮的圆柱形黑色外壳包裹,里面的所有部件都被精妙地隐藏起来。

IBM在图表的纵轴上列出了一个单位“量子体积(Quantum Volume)”。这一单位不仅可以测量量子计算机有多少量子比特,还可以测量计算机可以从不稳定的量子比特中,获得多少数据用量。所谓量子比特是衡量数据处理能力的关键指标。

量子摩尔定律问世

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据外媒CNET报道,IBM制作了一个路线图,表达出自己在量子领域的野心。为了在21世纪20年代实现量子优势,IBM研究人员称——我们需要每年至少增加两倍的量子体积!英特尔最近与 Bluefors 和 Afore 合作推出了首款量子低温晶圆探针 (Cryogenic Wafer Prober)。这种装置可以加速基于硅的量子芯片上量子比特的测试过程。

用专业的话语来说,量子计算机(quantum computer)是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。

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IBM 发现量子体积遵循一种“摩尔定律”:其量子计算机实现的量子体积,每年增加一倍:2017年,IBM 的Tenerife 设备(5-qubit) 已经实现了4 量子体积;2018年,IBM Q 设备(20-qubit),其量子体积是8;2019年,最新推出的IBM Q System One(20-qubit),量子体积达到16……也就是说,自2017年以来,IBM 每年将量子体积翻了一番。

二维材料具有许多独特的物理与化学性质,科学家相信这些性质能为计算机和通信等多方领域带来革命性冲击。其中与石墨烯(Graphene)同属二维材料的二硒化钨(WSe2),是一种过渡金属二硫族化合物(Transition Metal Dichalcogenides, 简称TMDs),能够在单化合原子层的厚度(约0.7 奈米)内展现绝佳的半导体传输特性,相比以往的传统硅半导体材料,除了厚度上已超越三奈米的制程极限外,可完全满足次世代积体电路所需更薄、更小、更快的需求。

量子摩尔定律问世

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平均两比特率误差率在相干极限的两倍之内(1.68倍),该极限即由量子位T1和T2设定的理论极限(IBM QSystem One平均为74μs和69μs)。这表明IBM的控件引起的误差非常小,已经接近该器件上最高的量子比特保真度。

在论文中,他们指出,新的度量标准“量化了计算机成功实现的最大宽度和深度相同的随机电路”,并指出它还与错误率密切相关。具有稳定性和自动校准能力的量子硬件设计,提供可重复、可预测的高质量量子比特。制冷工程,提供连续冷却、孤立的量子环境。紧凑型高精度电子元件,可严格控制大量量子比特。量子固件,可管理系统运行状况并启用系统升级,无需用户停机。经典计算能力,提供安全的云访问和量子算法的混合运行。以及 IBM 刚刚公布的,它的 “量子体积” 达到了 16。

量子摩尔定律问世

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今年的CES大会上,IBM(国际商业机器公司)发布了一个计算机行业上的里程碑:IBM Q System One,这是世界上第一个用于商业用途的综合通用近似量子计算系统。它将这种可能改变行业的技术从传统的实验室环境中引入云数据中心。它是IBM Research有史以来建造的技术最先进、性能最高的量子系统。以此同时,谷歌在去年 7 月发布了名为 Cirq 的开源软件工具包,以帮助开发人员测试量子计算算法。此外,在去年 3 月,谷歌宣布推出 Bristlecone,一台 72 量子比特的通用量子计算机。

这个领域的竞争正在加剧。英特尔、微软、谷歌等主要竞争对手正在加入竞争。这些巨头科技公司正不遗余力地将量子计算商业化和民主化,使其进入商用领域。根据BCC Research的数据,到2022年,全球量子计算市场的复合年均增长率预计将达到37.3%,产值达到1.61亿美元左右。再往后,2027年该市场的年复合增长率将达到53%左右,产值达到13亿美元。

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中科院量子信息与量子科技创新研究院副研究员张文卓表示,我国预计在2020年左右实现“量子霸权”的科学目标。

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