传统计算机性能的提高面临着挑战。光子计算、量子计算和生物计算等新技术已经引起了业界的关注。量子计算被认为能够解决传统计算无法解决的问题,但目前量子计算面临许多挑战,其性能并没有超过传统计算机。从从业者的角度来看,量子计算的部署至少还需要几年时间。
迄今为止,大多数提到量子计算的人都认为这是一项革命性的技术,它利用量子力学特有的特性更快地解决问题,甚至解决普通计算机无法解决的问题。这些问题从数学到零售,从物理到金融。如果我们率先掌握量子技术,将有利于增强国家竞争力。
量子计算的前景在20世纪80年代首次得到承认,但尚未实现。量子计算机很难设计、制造和编程。其中,相干性和量子损耗是巨大的挑战,对量子计算机的运行至关重要,这可能导致重要程序在运行前的系统崩溃。
目前,世界上许多巨人都在参与量子计算的竞争。国际商用机器公司、谷歌和阿里在国外都取得了不同程度的进步。学术界和国家实验室也有关于量子计算的相关研究。
尽管国际商用机器公司、谷歌公司和离子交换公司正在测试50、72甚至-160个量子位的设备,但每增加一个量子位,机器的复杂性就会增加一倍。在量子位有限的系统中,研究人员只能进行一些量子运算。量子衰变之前;门。。过多的量子位会使系统崩溃。
不仅如此,建造和操作量子计算机的每一步都非常困难。与传统芯片不同,要么激光捕获单个原子,要么用激光制造。这通常要求处理器保持在几乎绝对的零。事实证明,控制这个系统非常困难。电磁脉冲的设计必须完美设计,因为来自外部环境的少量能量可能导致量子比特衰减。
由振动、温度波动、电磁波和其他外部环境的相互作用导致的这种相干性的丧失(称为去相干性)最终破坏了量子的奇异性质。鉴于当前广泛的退相干和其他问题,当代量子计算机不太可能返回完全正确的答案,即使运行时间相对较短。
虽然技术和架构的竞争正在解决这些问题,但现有的硬件平台无法保持一致性并提供大规模量子计算所需的强大纠错能力。也许几年后会有突破。
与此同时,数十亿美元的问题是,在流行的计算方法完成之前,我们如何从不可靠的计算机中获得有用的结果?
答案是,来自工业、学术界和国家实验室的研究人员都在寻找减少误差的方法。一种方法是基于各种噪声大小的计算结果来猜测无误差的计算结果。另一种完全不同的方法是混合量子经典算法只在量子计算机上运行程序的最关键部分,而大多数程序在更稳定的经典计算机上运行。事实证明,这些和其他策略对于处理当今量子计算机的干扰问题非常有用。
虽然经典计算机也会受到各种错误的影响,但这些错误可以通过适当的额外存储和逻辑来纠正。量子纠错方案确实存在,但是它们消耗大量的量子位,因此在实际计算中只能使用相对较少的量子位。这将大大减少量子计算机可以计算的任务。
为了更清楚地理解量子位的消耗,当今基于量子门的最先进的量子计算机使用类似于计算机、智能或平板计算机中数字电路的逻辑门。目前,最先进的量子计算机只有50个量子位。然而,在普通的计算设备中通常有数十亿个逻辑门。
问题是量子力学挑战了我们的直觉。因此,我们很难找到执行任务的最佳算法。为了克服这些问题,洛斯阿拉莫斯国家实验室的团队正在开发一种优化算法的方法,该算法在相干量子计算机上执行有用的任务。
算法可以理解为一个告诉计算机执行操作的列表,类似于烹饪方法。与传统算法相比,量子计算算法尽可能短,研究小组发现它最适合给定硬件设备的特定缺陷和噪声方案。这使得算法能够在去相干之前在约束时间框架内执行更多的处理步骤,从而尽可能地提高正确的结果。这种方法的主要思想是减少门的数量,并尝试在去相干之前完成执行,这样其他误差源就没有成功的可能。
当然,量子计算正逐步走向商业。摩根大通。Co)认为量子计算是一种有潜力显著加速金融计算的方法。自2017年底以来,该银行一直与国际商用机器公司的研究人员合作测试量子计算。
尽管部署需要几年时间,摩根大通还是取得了一些小成就,包括量子计算可以从根本上加速某些金融模型成功的理论证明。摩根大通和投资银行定量研究总经理
申宁表示,这项技术需要几年时间才能成熟,部分原因是所需硬件非常复杂,需要时间来适应和创建新的量子算法。
至于公司何时可以开始从量子计算中看到可衡量的商业价值,时间从3年到10年不等,但这并不妨碍像摩根大通这样的公司进行早期测试。值得注意的是,高德纳预测,到2023年,包括企业或政府在内的组织预计有20%为量子计算项目准备预算,而2018年不到1%。
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