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量子计算机及其商业应用

【摘要】:通用的量子计算机,其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。从可计算的问题来看,量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题。普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数中的一个,而量子计算机中的2位量子位寄存器可同时存储这四种状态的叠加状态。加拿大量子计算公司D-Wave于2011年5月11日正式发布了全球第一款商用型量子计算机“D-Wave One”。

量子计算(quantum computing)是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。对照传统的通用计算机,其理论模型是通用图灵机。通用的量子计算机,其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。从可计算的问题来看,量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题。但是从计算的效率上,由于量子力学叠加性的存在,某些已知的量子算法在处理问题时速度要快于传统的通用计算机。

量子力学中的态叠加原理使得量子信息单元的状态可以处于多种可能性的叠加状态,从而导致量子信息处理从效率上相比于经典信息处理具有更大潜力。普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数(00、01、10、11)中的一个,而量子计算机中的2位量子位(qubit)寄存器可同时存储这四种状态的叠加状态。随着量子比特数目的增加,对于n个量子比特而言,量子信息可以处于2n种可能状态的叠加,配合量子力学演化的并行性,可以展现比传统计算机更快的处理速度。

量子计算将有可能使计算机的计算能力大大超过今天的计算机,但当前仍然存在很多障碍。大规模量子计算存在的重要问题是:如何长时间地保持足够多的量子比特的量子相干性,同时又能够在这个时间段之内做出足够多的具有超高精度的量子逻辑操作。(www.chuimin.cn)

加拿大量子计算公司D-Wave于2011年5月11日正式发布了全球第一款商用型量子计算机“D-Wave One”。D-Wave One采用了128-qubit(量子比特)的处理器,理论运算速度已经远远超越现有任何超级电子计算机。不过严格来说这还算不上真正意义的通用量子计算机,只是能用一些量子力学方法解决特殊问题的机器,通用任务方面还远不是传统硅处理器的对手,而且编程方面也需要重新学习。2017年1月,D-Wave公司推出D-Wave 2000Q,声称该系统由2 000个量子位构成,可以用于求解最优化网络安全、机器学习和采样等问题。对于一些基准问题测试,如最优化问题和基于机器学习的采样问题,D-Wave 2000Q胜过当前高度专业化的算法1 000到10 000倍。

2018年10月12日,华为公布了在量子计算领域的最新进展:量子计算模拟器HiQ云服务平台问世,平台包括HiQ量子计算模拟器与基于模拟器开发的HiQ量子编程框架两个部分,这是华为公司在量子计算基础研究层面迈出的第一步。