科技 新浪科技 擁有終極計算能力的量子計算機,離市場應用還有多遠?

擁有終極計算能力的量子計算機,離市場應用還有多遠?

  來源:科技日報 

  9月12日,合肥本源量子計算科技有限責任公司自主研發的超導量子計算雲平台正式上線,本源量子公司董事長孔偉成表示,基於本源量子自主研發的超導量子計算機——悟源將面向全球用戶提供真實的量子計算服務。這也是國內率先實現工程化的超導量子計算機。

   超越經典計算的突破路徑

  從1900年,德國物理學家普朗克提出量子概念,到量子力學20世紀初逐步得到確立,不同於經典力學的漫長應用過程,量子力學轉化為真正的社會技術進程明顯較快。

  「量子計算應用發展速度也越來越快,量子計算全面爆發的時代或許很快就要到來。」 本源量子公司董事長孔偉成博士告訴科技日報記者,量子計算是一種遵循量子力學規律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式,它與現有的經典計算模式完全不同。經典計算使用二進位的數字電子方式進行運算,而二進位總是處於0或1的確定狀態。量子計算藉助量子力學的疊加特性,能夠實現計算狀態的疊加。它不僅包含0和1,還包含0和1同時存在的疊加態。

資料圖。圖源:視覺中國資料圖。圖源:視覺中國

  「簡單來說,量子計算機就是使用量子器件製造,利用量子的疊加與糾纏特性,運行量子演算法與量子軟體的新型計算設備。在處理某些特定問題上,相對於經典計算機具有指數級別的計算速度優勢。」孔偉成說。

  「量子計算是人類下一代信息技術的主要突破方向。」孔偉成告訴記者,隨著人類對於計算機算力需求的不斷提升,伴隨著「摩爾定律」,半導體晶元的製程也在快速縮小。目前已經達到了5納米的尺度。

  「5納米大小隻相當於40個硅原子,如果硅基半導體器件繼續縮小至1納米級,那就意味著我們已經從『經典物理學』深入到了『量子物理學』領域。」孔偉成說,在這樣的情境下,量變已經帶來了質變——量子隧穿效應不可避免。「我們無法再通過PN結控制電路通斷來實現邏輯,也就意味著摩爾定律即將走向終結。所以,大規模集成電路為基礎的經典計算機到此便是終點。研發量子計算機,也就成為了幫助人類繼續提升計算能力的新方向。」

   快來「嘗鮮」中國量子計算服務

  「我們剛剛發布的本源量子云,為用戶提供了基於真實超導量子計算機的量子計算運行環境,用戶可以使用雲平台在線開發、運行量子程序。」孔偉成告訴記者,本源量子云可面向全世界用戶提供包括開發量子程序、運行體驗典型量子應用、複雜網路排序、用戶偏好行為預測應用等方面的應用服務。

  利用開發量子程序服務,用戶可使用圖形化界面編程與QPanda、Jupyterlab編程工具,分別適用科普與入門用戶和于專業開發者。用戶編寫好的量子程序由雲平台發送到後端的真實量子計算機運行,並返回結果。

  在本源量子云上運行體驗典型量子應用,能夠讓用戶更好地理解、使用本源超導量子計算雲平台。本源量子推出了複雜網路排序應用、手寫數字識別應用、用戶偏好行為預測應用等三款典型的量子計算編程應用。

資料圖。圖源:視覺中國資料圖。圖源:視覺中國

  「這三款應用基於目前成熟的量子演算法,都是由本源量子團隊使用自主研發的量子編程框架QPanda與量子編程語言QRunes開發的。」孔偉成告訴記者,複雜網路排序應用可對給定的網路進行建模,這一功能將為預測病毒的下一個傳播點提供重要參考,幫助各地更為高效地分配防疫物資與醫療資源。手寫數字識別應用在AI領域佔有舉足輕重的分量,為後續量子演算法加速計算機視覺量子化處理提供了可能。用戶偏好行為預測應用則基於量子機器學習框架實現量子關聯規則數據挖掘演算法,將用戶數據編碼到量子疊加態上,並基於此給出用戶偏好預測,相較於經典演算法可以達到指數級的加速效果。「這個應用的實現為未來量子推薦系統實現和落地打下了基礎。」孔偉成說。

   為實現中國的「量子霸權」穩步前行

  目前最快的超級計算機運算能達到每秒執行5億億次指令,這個速度快的可怕吧,不過有了量子計算機后,足夠讓你懷疑人生。

  之前有媒體報道稱『量子之下無密碼』,國外曾使用量子計算機8小時暴力破解史上最安全加密演算法RSA-2048,這說明量子計算機具有破解一切加密信息的能力!如果你在新聞中看到有人成功製造出了量子計算機的話,你最好立刻凍結自己的信用卡。因為,當你在網上購物時,目前所有保護你的信用卡信息的方法將會在一瞬間被量子計算機攻破。

  「量子計算利用量子力學的疊加與糾纏特性,配合專用的量子演算法,在處理某些特定問題上相對於經典計算機具有指數級別的加速作用。從目前的研究來看,未來量子計算機有望在密碼破解、化學分子模擬、金融工程、人工智慧等領域發揮重大作用。」孔偉成說。

  「雖然量子計算機前景遠大,可是落地應用依舊長路漫漫,」孔偉成解釋說,本源量子自主研發的6比特超導量子晶元,通過「量子數據匯流排」來實現6個超導量子比特的任意兩兩相互耦合。利用精確設計的脈衝序列,可以實現高保真度的量子邏輯門操作,進而能夠設計並演示量子演算法。該處理器運行、操控、讀取功能穩定,保真度、相干時間等多項技術指標達到國際先進水平。

6比特超導量子晶元 夸父KF C6-130示意圖6比特超導量子晶元 夸父KF C6-130示意圖

  「實際上,影響量子晶元性能的不只是比特數目這一指標,還包括保真度、退相干時間等。」孔偉成告訴記者,未來,本源量子研發的24比特量子處理器,將採用更加先進的超導空氣橋(Air Bridge)架構,支持演示中小規模的量子演算法。結合本源量子最新發布的32比特量子計算機控制系統,本源量子預計將在2021年底推出第二代60比特的悟源超導量子計算機,力爭3到5年內實現中國的「量子霸權」。

24比特超導量子晶元 夸父KF C6-130示意圖24比特超導量子晶元 夸父KF C6-130示意圖