關於IBM量子計算機,你知道嗎?

2021-02-25 IBM大數據技術團隊

2016年4月29日,IBM宣布了在實現實用性量子計算機上的兩項重大進展,即第一次成功同時檢測和度量兩種量子錯誤,並實現了新的正方形量子位電路設計。

2016年5月4日,IBM 正式推出了一個名為「IBM 量子體驗」(IBM Quantum Experience)的網上平臺,將一臺位於紐約 TJ Watson 研究中心、擁有5個量子位元(qubit)的量子計算機(Quantum Computer)向公眾開放。用戶可以通過桌面或者移動端設備訪問由IBM雲環境提供的量子計算平臺。

量子計算機,這個名詞大家可能比較陌生,而且感覺離我們也比較遙遠。這次IBM宣布的量子計算的新進展,雖然看上去只是「一小步」,但對整個量子計算領域卻具有非凡的意義。通過對公眾開放量子計算環境的體驗,讓我們感覺大規模商用的量子計算機離我們越來越近了,相信在不久的將來,量子計算機能夠真正幫助我們解決各種複雜的計算。

在這篇文章中,我們希望能以大家能夠理解的方式,對量子計算和量子計算機進行一些介紹。

用戶可以在平板電腦上體驗使用IBM的量子計算

1. 什麼是量子計算?

噢,這個問題太基礎~~不,是太專業了,如果用做IT的同學可以理解的方式去解釋的話,可以參考下面的一段話:

量子計算

量子比特可以製備在兩個邏輯態0和1的相干疊加態,換句話講,它可以同時存儲0和1。考慮一個 N個物理比特的存儲器,若它是經典存儲器,則它只能存儲2^N個可能數據當中的任一個,若它是量子存儲器,則它可以同時存儲2^N個數,而且隨著 N的增加,其存儲信息的能力將指數上升,例如,一個250量子比特的存儲器(由250個原子構成)可能存儲的數達2^250,比現有已知的宇宙中全部原子數目還要多。

由於數學操作可以同時對存儲器中全部的數據進行,因此,量子計算機在實施一次的運算中可以同時對2^N個輸入數進行數學運算。其效果相當於經典計算機要重複實施2^N次操作,或者採用2^N個不同處理器實行並行操作。可見,量子計算機可以節省大量的運算資源(如時間、記憶單元等)。

出處:量子信息研究進展

作者:李傳鋒 郭光燦

連結:http://pip.nju.edu.cn/Home/DownloadPDF/437

詳細的說明也可以參考如下的連結:

知乎:

https://www.zhihu.com/question/26933442

維基百科:

https://zh.wikipedia.org/zh-hk/%E9%87%8F%E5%AD%90%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA

IBM網站:

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/other/quant/

 

2. IBM和量子計算機?

1961年,IBM科學家Rolf Landauer發現了Landauer原理,這被認為是量子計算的基礎。

早在2000 年 8 月間,IBM Almaden Research Center 的 Isaac L. Chuang 宣布他和他的合作者們已經建造了一臺 5 量子位的機器,利用的是一個有 5 個氟原子的分子,不過這個技術無法擴展到可用的規模。

在2011年的一篇文章中,IBM認為「在未來的幾十年裡,量子計算機很可能會走出科幻小說與科研實驗室(主要在IBM)進入實際應用」。

2015年5月,IBM研究人員完成了四量子位原型電路,為推出真正量子計算機奠定基礎。

2016年5月,IBM發布了第一款提供公眾訪問的5量子位的量子計算機,並推出了名為「IBM量子體驗(IBM Quantum Experience)」的網上平臺。

IBM有信心在未來10年以內,製造出一臺50至100量子位的量子計算機。

 
IBM的5量子位晶片

3. 量子計算機有多快?

量子算法能夠大幅降低算法複雜度,並實現一些當前基於二進位算法無法實現的計算。因為使用了和當前二進位圖靈體系的計算機不同的計算方式和算法,我們可能沒有辦法用當前衡量計算機速度的方式來衡量量子計算機有多快。不過,專家告訴我們:

 

4. 量子計算機研究的難點是什麼?

當前量子計算機研究主要有三個難點:

 5. IBM的量子計算機有什麼優勢?

很自豪的說,解決量子計算機研究的難點,就是IBM的優勢。

通用性:IBM研發的量子計算機是基於量子邏輯門的通用性量子計算機,可以運行各種量子算法。而廣為人知的D-Wave量子計算機並不是一種通用性量子計算機。

穩定性:IBM的新型複雜量子位電路,將4個超導量子位在大約一英尺見方的晶片上正方形布置,使其能夠同時檢測兩種量子錯誤,bit-flip(位翻轉)和phase-flip(位翻轉),並順利完成量子糾錯。而之前的實現,都只能實現一種量子錯誤的檢測,也無法做到糾錯。

可擴展性:基於上述的技術,IBM可以在未來集成更多的量子位,提供有史以來最好的可擴展性。

 

6. 量子計算機離我們還有多遠?

這次IBM開放給公眾體驗的量子計算機仍然處於試驗階段,而且,它還只有5個量子位,而IBM的目標是在10年內將其擴展至50-100量子位。在未來擴展到更多的量子位的過程中,肯定會面臨各種技術困難。當前,除了IBM,Google、微軟、D-Wave、NASA等公司和機構也在大力研究量子計算機。好好工作,好好生活,相信我們在不久的將來就可以看到量子計算機大規模商用的那天。

 

7. 有人說,使用量子計算機可以破解當前廣泛使用的RSA加密算法,我的銀行帳號和密碼還安全嗎?

量子計算機提供的算法提升和計算能力提升確實可以把很多現在不可能實現的加密算法破解變成現實。但至少現階段,你還不需要有太多的擔心,現在的通用性量子計算機還只有5個量子位,所以還沒有能力破解RSA加密算法。擴且,有更強的計算能力,就會有更強的加密算法,這點,我們應該相信我們的數學家和計算科學家。

 

8. 我也能體驗IBM的量子計算機嗎?

當前可以,IBM開放了專門的網站——IBM Quantum Experience,並提供了對應的教程,供各位學習量子計算的相關知識,並申請體驗使用IBM量子計算。

http://www.research.ibm.com/quantum/

如果你能夠掌握量子計算的知識,並在量子計算算法方面有所建樹,說不定會成為各個企業競相追逐的目標呢!



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