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大型量子计算机呼之欲出

政府采购信息网作者：刘霞发布于：2017-02-07 10:27:22 来源：科技日报

　　英国萨塞克斯大学日前发布消息说，该校科学家领衔的国际团队设计了一份有关如何建造大型量子计算机的技术蓝图，各国科学家可在这一技术架构下合作开发性能强大的通用量子计算机，蓝图发表在近日出版的《科学进展》杂志上。

　　大型量子计算机新标杆

　　据英国《自然》杂志报道，设计者们表示，希望通用量子计算机模型机的功能非常强大，可以破解当前无法解决的重大难题，如对极大数进行分解等。这台计算机占地可超过一个足球场，耗资至少1亿英镑（约合8.6亿元人民币），有望成为量子计算机领域的“高富帅”。

　　研究领导者、萨塞克斯大学量子物理学家韦菲尔德·海森格说：“这台计算机的确‘体形庞大’‘身价不菲’，但它现在绝对能被制造出来。”

　　澳大利亚新南威尔士大学量子物理学家安德烈·莫瑞洛指出，科学家此前提出了各种制造量子计算机的设计思路，最新想法面临极大挑战。但他强调，新想法雄心勃勃且方法新颖，因此不容小觑，“我真的认为，这是一幅标杆性的蓝图，极具前瞻性，将在业界产生积极影响”。

　　用离子制造量子比特

　　传统计算机使用比特0和1来处理信息，但量子计算机使用量子比特（Qubit）来处理信息。一个比特的状态是唯一的，而量子比特可以有多个状态，允许同一时刻两个状态的叠加。研究人员认为，“量子叠加”这一“秘密武器”最终或可使量子计算机的处理能力和速度比传统计算机获得极大的提升。量子计算机如果开发成功，将在密码破译等方面发挥巨大作用。

　　目前，全球有多个团队致力研制量子计算机，但迄今为止，大多数设计只有数十个量子比特。要想进行有用的计算，比如找到大数的质因子，可能需要数千个量子比特。

　　在最新论文中，海森格团队建议，使用被磁场捕获的离子来制造量子比特，这一技术已被物理学家们钻研了20多年。美国马里兰大学帕克分校物理学家克里斯托弗·门罗解释称，用这一技术制造量子计算机所必需的大多数元件，已被科学家们证明和展示，“业界需要一个系统工程方法来简化量子计算机的制造过程”。

　　从理论上说，在最新设计蓝图中，数千个和手差不多大小的正方形模块被结合在一起，可制造出任意大小的量子计算机。在每个模块中，约2500个被捕获的离子量子比特被磁场悬浮起来，“保护”它们脆弱的量子状态不受干扰。为了执行计算，离子会以X型网格的形式穿梭运动，同它们的“邻居”发生纠缠。

　　新机器速度快能力强

　　据研究人员介绍，这台量子计算机并不使用激光器来控制每个被捕获的离子，而计划使用微波辐射场来控制量子比特，并使用电场来调谐量子比特同微波辐射场之间的相互作用。另外，他们还计划使用液氮让系统保持冷却状态。

　　海森格说，离子会在芯片之间跳来跳去以在模块之间传输信息，这一技术比使用光波和光纤传输信号快10万倍以上。每个模块都可取代，并能借助传统电子工业领域内的技术用硅制造出来。

　　海森格介绍说，如果想要为一个长达617位的数字找到质因子，今天的传统计算机无法做到，但新量子计算机使用20亿个量子比特离子、历时110天可以解决这一问题，这一技术将使研究人员能破解今天最好的密码系统。

　　其实从理论上讲，为了进行这一计算，只需要4096个量子比特，但鉴于现有的离子捕获技术并不太好，错误率比较高，所以需要20亿个离子。降低量子比特的错误率或许能大大减少计算机的尺度——将其缩小到仅一个大型房间大小。

　　尽管如此，该团队仍然面临着巨大的技术挑战，包括如何制造强磁场坡度，如何精确地控制量子比特等。

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