量子计算正在快步走来

2018-01-10 09:19:01 来源:芯思想
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2018年1月9日,英特CEO科再奇在第51届国际消费类电子产品展览会(CES)主题演讲环节表示,英特尔向合作伙伴QuTech交付首个49量子位量子计算测试芯片。这离2017年10月向QuTech交付首颗17量子位的测试芯片仅仅只有三个月的时间。 

 
量子位元与二进制元
所谓的“量子位元(Quantum bits)”是量子力学的单位,“量子位元”和目前一般计算机科技普遍使用的“二进制元(Binary bits)”有所不同,二进制元只能是0或是1择一,而量子位元可以同时具有0和1值。 
 
量子芯片难在哪里?
根据英特尔的介绍,量子计算的构建模块(也就是量子位)相当脆弱,只能在极低的温度(20millikelvin,接近绝对零度)下运行,比外太空低250倍,而且封装时要求很高,必须预防数据丢失。英特尔俄勒冈和亚利桑那的团队找到一种新方法,使芯片的架构在更高温度下更可靠,量子位之间的射频干扰更小,防止噪音和温度升高对整体数据的影响,与引线键合(wire-bonded)芯片相比,新芯片发送接收的信号多出10-100倍,设计更好,可以用在更大的量子集成电路上,它比传统硅芯片大很多。
 
英特尔17量子位量子计算测试芯片,金色的连接器允许芯片连接到量子计算机外
 
量子计算有多快
理论上,2个量子位的量子计算机,每一步可做到2的2次方,也就是4次运算,所以17量子位芯片每一步就达到2的17次方,也就是131072次,较酷睿i7提升了6万倍;而49量子位芯片每一步可达2的49次方,秒杀超算计算机。
 
巨头竞赛
目前量子计算基本上是谷歌、IBM、英持尔之间的竞赛。
 
1、谷歌
谷歌的工作基于加州大学圣巴巴拉分校教授约翰·马提尼斯(John Martinis)的研究。John Martinis现在是谷歌量子计算芯片团队负责人。
 
2017年4月,该团队展示了一种全新的量子芯片,6个量子位芯片的突破性在于这些量子位被安置为一个2X3的结构中。谷歌量子计算芯片团队负责人John Martinis表示,这意味着在网状放置的结构中,依然可以保持量子位的可用性,这为今后实现更为复杂装置奠定了基础。
 
6量子比特的芯片同样也验证了凸点键合这一核心工艺的实现。传统工艺是将量子比特与控制线路集成在一起形成量子芯片,而凸点键合工艺则是将量子比特和控制线路分别制作于两个不同芯片上,然后将两个芯片对应的凸点键合在一起,形成量子计算芯片。这种工艺不仅大幅提高了量子计算芯片的可扩展性;同时,还可以减少芯片中的控制线路,降低线路对量子比特的干扰。
 
Martinis表示要在2017年底要制造出拥有49个量子位的量子计算机。目前没有获得消息。
 
2、IBM
IBM的成果基于耶鲁大学教授罗伯特·施罗科夫(Robert Schoelkopf)的研究,而IBM的团队中也有他的多名博士生和研究生。
 
2016年5月,IBM发布了一台5个量子位的机器以及全球首个量子计算云服务。
 
2017年5月,IBM展示了首个包含17个量子位的芯片。
 
2017年11月12日,IBM宣布成功研发出20量子位的量子计算机,并成功建成并测试全球首台50个量子位的量子计算原型机。
 
3、英特尔/QuTech
2015年9月,当时英特尔与QuTech签署合作协议:一是投资5千万美元给QuTech。二是提供技术支援,合作期间长达10年;英特尔工程师入驻荷兰实验室共同合作开发量子计算机,并分享一些关于计算机芯片开发以及处理器架构的知识,英特尔将负责开发由硅和锗晶体管所组成的芯片,提供给QuTech来开发量子计算机。三是提供QuTech研究团队有关超低温电子技术。超低温电子技术将可以与量子位元相互结合,是量子计算机开发过程中需要的运用与测量需求的重要技术。
 
QuTech是家专门研发量子计算机(Quantum computer)的研究机构,是由TU Delft科技大学与荷兰工研院TNO共同合作的结晶。
 
科再奇表示:“量子计算有望解决当今几乎无法攻克的难题。比如,量子计算机可以模拟自然,从而推进化学、材料科学和分子建模的研究,如参与创造一个新的催化剂来隔离二氧化碳、开发房间温度超导体,或者发现新的药物。量子计算有着能增强未来高性能计算机功能的巨大潜力。”
 
2017年10月提供向QuTech交付首颗17量子位的测试芯片仅仅只有三个月的时间。
 
2018年交付首个49量子位量子计算测试芯片。
 
中国的进展
2016年,中国科技大学成功研发出基于砷化镓的3个量子位芯片。
 
2016年,中国科技大学成功研发出基于砷化镓的3个量子位芯片。目前,我国自主研发的超导量子线路样品也仅仅到10量子位。
 
在2017年,中国科学技术大学等单位联合研制了2台量子计算机,一台基于低温超导系统,这台量子计算机有10个量子比特。另一台基于线性光学,达到5个量子比特。
 
中科院正在研制中国首台量子计算机,可能还需要几年时间。 
 
后记
未来的计算机,乃至AI会不会真的实现取代人类呢?当然,目前量子技术还主要处于实验阶段,要实现商用还有很长的路要走。
 
有专家表示,“量子计算机是一项颠覆性的技术,一旦成功研发,就可以破解现在所有的密码,另外它还可以解决大数据等等问题。”
 
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