揭秘「量子計算機」工作原理

2021-01-16 EDN電子技術設計

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於國際先進水平。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。那麼這種科幻級設備工作原理是什麼樣的?我們從阿里中科院實驗室中的圖片來一一揭秘。


plug光路-用於囚禁原子

  量子計算機本身處理的是量子數據,那麼要實現超強的功能就需要有量子。我們要把原子量子化,那麼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,此步奏完成後,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」後,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。


操作原子的雷射器系統

該系統主要用於操控原子的量子態,這是冷卻原子後的下一步,如何保持長時間的量子態是最大的技術瓶頸。科普:電子做穩恆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。


製備並研究極低溫分子

  此外,量子計算機還致力於控制分子的狀態,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

  上圖是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計算機,至於何時能造出這種計算怪物,我們不得而知。(來源於網絡)


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