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科学家称量子霸权不太可能完成谷歌的声明值得置疑

2019-12-06 17:57:36  阅读:6963 作者:责任编辑。王凤仪0768

谷歌在本年秋天声势浩大地宣告,它现已证明了“量子霸权”,也就是说,它履行特定的量子核算的速度远远快于经典核算机所能到达的最佳速度。IBM立即对这一说法进行了批判,称其自己的经典超级核算机可以以简直相同的速度进行核算,并且保真度要高得多,因而,对谷歌的声明应该“抱有极大的置疑”。

这不是第一次有人置疑量子核算。上一年,法国蒙彼利埃大学(University of Montpellier)的理论物理学家米歇尔·迪亚科诺夫(Michel Dyakonov)在《电气与核算机工程》期刊上的一篇文章中提出了一系列技能理由,阐明为什么制作有用的量子超级核算机是不或许的。他弥补说:“作为一个从事量子核算多年的人,我信任因为硬件中随机过错的不可避免性,不太或许构建出有用的量子核算机。”

什么是量子核算机

经典核算机运用0和1来存储数据。这些数字可以是电路中不同点上的电压。可是量子核算机作业在量子比特上,也称为量子位。你可以把它们描绘成与振幅和相位相关的波。

量子位具有特别的性质:它们可以在叠加中存在,它们一起是0和1,并且它们或许被羁绊,因而它们同享物理性质。当试验者与量子态相互作用时,叠加消失。

因为叠加,一台100个量子比特的量子核算机可以一起表明2100个解。关于某些问题,可经过这种指数并行性来发明巨大的速度优势。例如,在量子机上,一些暗码破解问题可以以指数级的速度得到处理。

还有另一种更狭义的量子核算办法,称为量子退火,它运用量子位来加快优化问题。总部坐落加拿大的D波体系公司(D-Wave Systems)现已建立了优化体系,运用量子位来完结这一意图,但批判者也宣称,这些体系并不比经典核算机好多少。

不管怎样,公司和国家都在量子核算范畴投入了很多资金。我国现已开发了价值100亿美元的新量子研讨设备,而欧盟现已开发了价值10亿欧元(11亿美元)的量子全体方案。美国的《国家量子建议法案》供给了12亿美元,用于在五年内促进量子信息科学。

对许多国家来说,破解加密算法是一个强壮的鼓励要素,假如他们能成功做到这一点,将给他们带来巨大的情报优势。这些出资也促进了物理学的根底研讨。

许多公司正在推进量子核算机的建造,包含英特尔、微软、谷歌和IBM。这些公司正试图制作仿制经典核算机电路模型的硬件。可是,现在的试验体系只要不到100个量子位。为了取得有用的核算功能,您或许需求具有数十万个量子位的机器。

噪声与差错批改

支撑量子算法的数学现已很好地建立起来了,可是依然存在令人生畏的工程应战。

为了使核算机正常作业,它们有必要纠正一切小的随机过错。在量子核算机中,这种差错是由非抱负电路元件和量子位与周围环境的相互作用引起的。因为这些原因,量子位或许在几秒钟内失掉一致性,因而,核算有必要在更短的时间内完结。假如在任何物理体系中不可避免的随机差错都没有正真取得纠正,那么核算机的成果将是毫无价值的。

在经典核算机中,小噪声是经过运用一个称为阈值的概念来校对的。它的作业原理就像数字的四舍五入。因而,在已知差错小于0.5的整数的传输中,假如接收到的是3.45,则可以将接收到的值校对为3。

进一步的过错可以终究靠引进冗余来纠正。因而,假如0和1被传输为000和111,那么在传输进程中最多可以纠正一个位过错:接收到的001将被解释为0,接收到的101将被解释为1。

量子纠错码是经典纠错码的一个推行,但有着重要的差异。一方面,不知道的量子位不能被仿制以兼并冗余作为纠错技能。此外,在引进纠错编码之前,输入数据中存在的过错不能被纠正。

量子暗码

尽管噪声问题在量子核算机的完结中是一个严峻的应战,但在人们处理单个量子比特的量子暗码学中却不是这样,因为单个量子比特可以在适当长的时间内与环境阻隔。运用量子暗码技能,两个用户都可以交流很多的密钥,这些密钥可以维护数据,而没有一点人可以损坏密钥交流体系。这种密钥交流有助于保证卫星和军舰之间的通讯安全。但实践的密钥交流后运用的加密算法依然是经典的,因而加密理论上并不强于经典的加密办法。

量子暗码正在有限意义上商业化地用于高价值的银行买卖。可是因为两边有必要运用经典协议进行认证,并且因为链的强度仅取决于其最弱的链接,所以它与现有体系没什么不同。银行仍在运用根据经典的身份验证进程,该进程自身可用于交流密钥,而不会丢失全体安全性。

假如量子暗码学技能要比现有的暗码学技能安全得多,它就有必要把要点转移到信息的量子传输上。

商业规划的量子核算应战

尽管量子暗码学有希望能处理量子传输的问题,但科学家置疑关于广义量子核算是否相同适用。纠错是多用途核算机的根底,在量子核算机中,纠错是一个巨大的应战,科学家不信任它们会被用于商业规划。

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