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与苍鹭和秃鹰一起飞行:量子计算机的最新进展

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IBM 刚刚 公布 其使命的最新突破是使商业化和实用的量子计算机成为现实——一个被称为“Condor”的 1,000 多个量子位处理器和一个被称为“Heron”的专注于纠错的处理器。

量子计算机代表了一种基于机器的计算的新方法。 通过使用能够叠加和纠缠的量子位,量子计算机有可能比传统计算机中使用的经典位执行更快、更复杂的计算。 与传统计算中比特代表 0 或 1 不同,量子计算中的量子比特可以同时代表两种状态。 重要的是,这使得量子计算成为经典计算的补充而不是替代。 它擅长分子模拟和系统优化等任务,而经典计算更适合日常任务。

正是由于量子计算擅长的任务类型,该技术才如此受到吹捧。 一台能够比传统计算机快几个数量级执行复杂计算的计算机值得开发,因为它的用例有可能改变世界和我们对世界的理解。

IBM 的 Heron 和 Condor

随着这一消息的发布,IBM 通过推出两款先进的量子处理器:Heron 和 Condor,在量子计算领域取得了重大进展。

ibm_torino 量子系统上的 Heron 处理器凭借其 133 个固定频率量子位和可调谐耦合器代表了一次飞跃,与之前的 3 量子位 Eagle 处理器相比,性能提高了 5-127 倍。 这一进步实际上消除了“串扰”(量子位之间不需要的相互作用或干扰),并为未来的硬件开发奠定了基础。 值得注意的是,IBM 已经在其“模块化架构”量子系统二号计算平台中使用了这些芯片。

揭晓 IBM 量子系统二号

另一方面,Condor处理器,一个1,121个超导量子比特的量子处理器,也是同样值得注意的创新。 它将量子位密度提高了 50%,采用了量子位制造方面的进步,并将超过一英里的高密度低温布线集成在单个稀释冰箱(一种用于实现极低温度(通常接近绝对零)的工具)中。 Condor 的性能可与该公司早期的 433 量子位 Osprey 处理器相媲美,这标志着量子计算领域在扩展和指导未来硬件设计方面的一个重要里程碑。

IBM 的这些发展对于突破量子实用的界限和推进以量子为中心的超级计算至关重要。

应用和限制

正如前面提到的,量子计算机之所以受到如此大的吹捧,是因为它们有潜力极大地增进我们对几乎每个科学领域的理解。 以下只是其中的几个示例。

医学: 在医学领域,量子计算可以通过在量子水平上模拟分子的行为来彻底改变药物的发现。 这样可以更准确地预测潜在药物如何与人体相互作用,从而加快新药物的开发并降低成本。

气象: 对于气象学,量子计算机可以比传统计算机更有效地分析大量天气数据。 这将导致更准确 天气预报和更好地了解气候变化,帮助减轻自然灾害并规划农业战略。

复杂问题解决: 量子计算可以解决目前经典计算机无法解决的问题,例如优化大型系统 物流和供应链,或解决复杂的数学问题。 这对包括交通、能源和金融在内的各个行业具有广泛的影响。

同样重要的是要认识到我们无法知道我们无法想象的事情。 这意味着,有一天,这项技术提供的能力将带来许多意想不到的进步。

“量子计算是计算的未来。 它将为科学发现和技术进步开辟新的可能性,这是我们今天无法想象的。” ——IBM 董事长兼首席执行官 Arvind Krishna 接受 CNBC 采访

由于量子计算机代表了如此巨大的技术成就,因此,存在并且仍然存在必须及时克服的重大障碍和限制也就不足为奇了。 例如,量子计算目前面临纠错、可扩展性和开发实用算法等方面的挑战。

随着时间的推移,必然会出现其他障碍,这些障碍是以前意想不到的,因为人们对量子力学的理解还很初级,但不断加深。 以下引文强调了量子物理学的复杂性和潜力。

“如果你认为你了解量子力学,那么你就不懂量子力学。” ——理查德·费曼,诺贝尔物理学奖获得者

目前来看,这些限制意味着量子计算机尚未准备好广泛使用。 随着最近的进展,乐观的时间表表明,这种情况还需要十年才能实现。

教育未来的量子计算劳动力

在过去的几十年里,量子计算似乎还处于遥远的未来,以至于教授它的课程很少。 现在,它们实际使用的未来开始成为人们关注的焦点,培训下一代科学家和工程师的需求只会越来越大,他们将负责继续这一进步。 因此,许多大学现在都提供量子计算方面的专业课程和项目,为这一新兴领域培养熟练的劳动力。

  • 滑铁卢大学量子计算研究所 就是一个著名的例子,它将学术研究与技术商业化的动力结合起来。 该研究所由黑莓手机创始人 Mike Lazaridis 资助,拥有约 296 名研究人员,并发表了 1,500 多篇研究论文。
  • 牛津大学 在量子计算领域有着悠久的历史,对该领域做出了重大贡献,包括第一台工作的纯态核磁共振量子计算机。
  • 哈佛大学的哈佛量子计划 专注于推进量子计算机及其应用的科学和工程,为所谓的“第二次量子革命”做准备。
  • 麻省理工学院理论物理中心 深入研究量子信息和量子计算,探索量子算法、量子信息理论和量子计算机的实验实现。
  • 新加坡国立大学和南洋理工大学量子技术中心加州大学伯克利分校量子信息与计算中心 他们也是量子计算教育领域的先驱,专注于量子器件的研究和开发。
  • 马里兰大学联合量子研究所 与 NIST 和 LPS 等主要机构合作,开展致力于控制和利用量子系统的广泛研究项目。

行业参与者推进量子计算

虽然上述学校可能正在培训下一代量子计算专家,但以下几家公司目前正在为这一未来铺平道路。

1.  国际商业机器公司

国际商业机器公司(IBM -2.63%)

Marketcap市盈率每股收益 (EPS)
146,729,024,78121.35$7.54

IBM 长期以来一直是量子计算机开发领域的领导者。 该公司的目标是通过 Qiskit Patterns 等举措实现量子计算开发的民主化。 IBM 还扩展了实现大规模实用量子计算的路线图,重点关注新的模块化架构和网络,这些架构和网络可以实现具有数十万量子位的量子系统,这对于实际量子应用至关重要。

2.  微软公司

微软公司(MSFT +0.13% )

Marketcap市盈率每股收益 (EPS)
2,751,274,868,94936$10.33

微软在量子计算方面的努力主要围绕云集成和协作。 该公司已将业界最高量子量的量子机器引入 Azure Quantum,包括与 IonQ、Pasqal、Quantinuum、QCI 和 Rigetti 的合作。 这种集成促进了实验,是迈向规模化量子计算的一步。 微软强调全球生态系统对于充分发挥量子计算潜力的重要性,并计划通过 Azure 将其量子机器作为云服务提供,以确保安全和负责任地使用这一新兴技术。

3.  Alphabet Inc.

Alphabet Inc.(GOOGL +2.82% )

Marketcap市盈率每股收益 (EPS)
1,636,028,940,00025.17$5.21

Alphabet 通过其谷歌量子人工智能实验室,在量子计算领域取得了重大进展。 2023 年,谷歌科学家宣布了降低量子计算错误率的一个重要里程碑,这是该领域长期面临的挑战。 其研究发表在《自然》杂志上,描述了一种能够显着降低错误率并实现纠错码的系统,可以在不损害信息的情况下检测和修复错误。 此前,2019年,谷歌声称凭借其Sycamore机器实现了“量子霸权”,在200秒内完成了传统超级计算机需要10,000万年的计算,展示了量子计算在解决复杂问题方面的潜力,远远超出了人类的能力。传统计算。


结论

量子计算代表了计算领域的突破性飞跃,提供了彻底改变众多领域的潜力。 尽管 IBM 最近在 Heron 和 Condor 量子处理器方面取得的进步标志着实用量子计算方面取得了重大进展,但该技术在纠错、可扩展性和算法开发方面仍然面临着重大挑战,凸显了持续研究和创新的必要性。

尽管这些挑战仍然存在,但量子计算有望释放我们今天无法想象的可能性,开创科学发现和技术进步的新时代。 它的全部潜力仍在发挥,其对各行业和社会的影响必将是深远的。

约书亚·斯托纳 (Joshua Stoner) 是一位多才多艺的专业人士。 他对革命性的“区块链”技术非常感兴趣。

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