量子计算机 – 蜗牛派

富士通开发出世界最快计算速度的模拟量子计算机

蜗牛派 — Thu, 31 Mar 2022 01:53:38 +0000

蜗牛派3月31日消息，富士通昨日宣布，借助应用能进行超高速计算的量子计算机原理的“模拟量子计算机”，成功实现世界最快的计算速度。富士通相信其模拟器可以实现 IBM 和英特尔其他类似机器的两倍性能，这一成果预计将在未来几年内投入实际使用。

富士通介绍称，它能够在以富士通的 FUJITSU 超级计算机 PRIMEHPC FX 700（PRIMEHPC FX 700）为特色的集群系统上处理 36 个量子比特的量子电路，它配备了与世界上最快的超级计算机 Fugaku 相同的 A64FX CPU。

基于这一突破，从 2022 年 4 月 1 日起，富士通与富士胶片株式会社将启动材料科学领域的量子计算应用联合研究。

富士通还表示，将加快开发量子计算机的步伐，目标是在 2022 年 9 月之前开发出 40 个量子比特的模拟计算机，并与金融和药物发现等领域的客户共同研发量子应用。

这款模拟计算机实际上是富士通为 PRIMEHPC FX 700 上的 64 个节点组成的集群系统开发的一种并行分布式量子模拟器。

据介绍，PRIMEHPC FX 700 配备了与超算 Fugaku 相同的 A64FX CPU，可以在双精度浮点格式计算中执行 3.072 teraflops (TFLOPS) 的理论峰值性能，它采用了 32 GB 内存，每秒可达 1024 GB 的高带宽，通过 InfiniBand 节点连接，速度可达每秒 12.5 GB 。

这款 36 Qubit 量子模拟器使用由大阪大学和 QunaSys Corporation 开发的世界上最快的量子模拟器软件之一“Qulacs”，并通过使用 SVE（可扩展向量扩展）同时执行多个计算来最大化利用内存带宽的性能。当然，新系统也兼容“Qulacs”以外的其他量子模拟器软件。

此外，富士通还设计开发了一种新方法，可以根据量子电路的进度及其计算结果重新排列部署在集群上的分布式内存中的量子比特状态，这有助于降低通信成本。

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Nature：麻省理工学院人造「巨型原子」问世，量子处理和量子通信合二为一

蜗牛派 — Fri, 31 Jul 2020 01:07:24 +0000

一直以来，量子计算机都是一个神秘且「高大上」的存在。中国科学院院士潘建伟曾这样打比方说：如果传统计算机的速度是「自行车」，那么量子计算机的速度就是「飞机」。量子计算机的极高运算速度源于奇妙的量子特性。传统计算机的基础是比特：一切都是「0」或「1」。量子计算机使用量子比特，它既可以是「0」，也可以是「1」。

就凭这点，量子计算机完胜传统计算机。

但是，急性子的量子计算机却有一个致命弱点———量子比特十分脆弱，一不留神，就会失去其特殊的量子特性。所以，就会经常出错，还可能在传输信息时迅速衰减。

「量子计算机的主要挑战之一，是使量子比特不在同一位置时能交互。」麻省理工学院电子研究实验室主任、电子工程与计算机科学教授William Olive表示，「例如，最近的量子比特可以很容易地交互，但是，该如何远处连接的量子比特在远处交互呢？」

答案在于反常的光-物质相互作用。

光子-原子量子结构

光与其他物质之间的相互作用引起了各种各样的物理反应，一直都被广泛研究。

哈佛物理学教授埃文斯曾说：「设计一个相互作用非常强的系统并不难，但是其中随之产生的、与环境强烈的相互作用也会导致噪音和干扰。因此，你必须让系统环境极其纯净，但这是一个巨大的挑战，因为我们选择在一个完全不同的运作机制下进行实验。我们选用光子的原因，是因为它与一切物质的相互作用都很微弱。」

与光的波长相比，天然原子小，且呈点状。但超导的「人造原子」不会这样。

用可见光和微波来驱使它们发出携带量子信息的光子，可以保护量子比特中的信息。

此外，即使没有光子从巨大的原子中释放出来，沿着波导的多个量子比特仍然能够相互作用来执行操作。

巨型人造原子？它是可调节的

简单来说，人造原子实际上是一个超导电路，只是它们的表现得像一个原子。与天然原子一样，它们也能得到电子，被激发，而后也能通过发光的方式将能量释放出去。

据此，研究人员构造了「巨型原子」。

两个超导量子比特充当巨大的人造原子。这些「原子」受到保护，不会被退相干，但仍然通过波导相互作用

这种「巨型原子」的特殊性在于，它是可调节的。研究人员可以调整量子比特-波导（即电磁波导）相互作用的强度。这样一来，利用波导加速，脆弱的量子比特就可以在执行高保真操作时免受退相干或自然衰减的影响。

为什么要这么做呢？

一旦计算完成，量子比特与波导耦合（相互作用、相互影响）的强度就会重新调整，量子比特就能够以光子的形式将量子数据释放到波导中。

「将量子比特耦合到波导通常对量子比特操作非常不利，因为这样做会大大缩短量子比特的寿命。」麻省理工学院研究生、该论文第一作者Bharath Kannan表示，「但是，为了在整个处理器中释放和传输量子信息，波导又是必不可少的。在这里，我们证明了即使量子比特与波导强耦合，也有可能保持它的相干性。然后我们就有能力决定什么时候释放存储在量子比特中的信息。我们已经展示了如何使用巨型原子来开启和关闭与波导的相互作用。」

量子处理与量子通讯融为一体，2量子比特纠缠的保真度为94%

研究人员说，这代表了一种新的光-物质相互作用机制。由于「巨型原子」本质上是电路，当与波导耦合时，与之相互作用的微波波长一样大的结构。

通过「巨型原子」可以执行低误差量子计算，同时还可以在处理器之间快速共享量子通讯信息。这项工作使量子信息处理和量子通讯成为一体，是向完整的量子平台迈出的关键一步。

据研究人员观察，并入巨型原子的量子比特的相干时间大约为30微秒，这意味着量子比特保持在量子状态的时间，与未耦合到波导的量子比特的相干时间几乎相同，而波导的耦合时间范围在10到100微秒之间。

此外，该研究还演示了2量子比特纠缠的保真度为94%。这是研究人员首次为强耦合波导的量子比特引用双量子比特保真度。因为在这种结构中，使用传统小原子进行此类操作的保真度通常很低。

实验装置

Kannan还表示，通过更多的校准、操作调整程序和优化的硬件设计，保真度可以进一步提高。

霍尼韦尔声称创造了世界上最强大的量子计算机

蜗牛派 — Fri, 19 Jun 2020 06:18:41 +0000

在制造商用量子计算机的竞赛中，霍尼韦尔取得了长足的进步。

霍尼韦尔的新机器的量子容量为64，使其“比业界下一个替代产品强大两倍”。在今年早些时候，霍尼韦尔在量子计算领域的主要竞争对手之一IBM宣布已经建造了量子计算机，其量子体积为32。

霍尼韦尔的量子领导者托尼·乌特利（Tony Uttley）在接受媒体采访时说：“它绝对是世界上性能最高的量子计算机。” Uttley说，尽管全球冠状病毒大流行无法预料的中断，他的团队仍能够继续朝着这一目标努力。

“当一切开始关闭，我们开始在家里说的时候，我以为我们会处于困境中，”乌特利说。尽管如此，该团队仍然能够通过其两个实验室的远程工作和减少的人员配备来克服困难，这两个实验室的一个位于博尔德郊外，另一个位于明尼苏达州的双子城地区。
IBM 在2017年提出了量子量作为评估量子机器计算能力的另一种方法。这是试图使行业摆脱笨拙的措施。

在出现量子量之前，公司经常喜欢吹捧所谓的量子比特（或量子比特，即经典比特的量子等效物）的数量，而不论其质量如何。量子体积图反而会考虑许多其他重要属性，包括给定系统的稳定性，其容易出错和易于编程的特性。

与传统的二进制数字（构成传统计算基础的“ 1”和“ 0”）不同，量子位可以以多种状态（称为叠加的属性）存在并且可以绑在一起（纠缠）。这些特性是粒子尺度物理学独有的，使量子计算机可以使用潜在的更大处理能力。

一些公司将目光投向了不同的目标。在秋天，谷歌声称已经实现了 “ 量子霸权 ”，这是一个重要的里程碑，在这一过程中，量子计算机在无用的计算上大大优于传统计算机。IBM随后对这一主张提出了异议，称Google团队低估了IBM的Summit超级计算机。

其他从事量子计算机研究的公司包括英特尔，微软以及初创公司Rigetti和IonQ。
并非所有人都相信量子体积的效用。德克萨斯大学奥斯汀分校著名量子计算机科学家斯科特·亚伦森（Scott Aaronson）在其流行的科学博客上表示，霍尼韦尔的目标指标可被视为“朝着正确方向迈出的明确一步”，但不应掩盖计算机的全部功能规格。

Aaronson写道：“这远没有达到量子优势（即在某些定义明确的任务上击败经典计算机），这是做任何有用事情的必要条件，但还不是充分条件。”

科学家和商人希望量子计算机有一天能够解决看似棘手的数学问题。这些范围包括增强的化学反应建模，可以帮助人们发现新药或开发更环保的燃料，到提高机器学习技术的效率，以及其他好处。

霍尼韦尔表示，微软两家公司达成的合作伙伴关系，将使微软云计算部门Azure的客户能够访问其量子计算机。这些客户可以在量子计算机上远程运行操作，而无需拥有和维护机器。

5月，摩根大通研发实验室的常务董事兼研究主管Marco Pistoia 在一封电子邮件中表达了对银行与霍尼韦尔合作的热情，其中包括信用风险模拟和改进的欺诈检测。他说：“我们很高兴能在如此强大的机器上工作，并与霍尼韦尔的量子信息理论团队合作。”
IBM发言人史蒂夫·托马斯科（Steve Tomasco）表示，该公司计划在今年晚些时候首次推出量子容量为64的计算机。他说：“看到更广泛的量子计算社区接受量子体积度量，这是令人兴奋的。”

霍尼韦尔同时表示，希望在未来五年内将其量子计算能力每年提高10倍。

霍尼韦尔：在量子计算领域取得突破，将发布量子计算机

蜗牛派 — Wed, 04 Mar 2020 03:36:50 +0000

蜗牛派讯，霍尼韦尔今日宣布在量子计算领域取得突破，将提升量子计算机的性能，公司将在未来三个月内发布全球最强大的量子计算机。霍尼韦尔还宣布对两家量子计算软件提供商进行战略投资，并将与摩根大通共同开发量子算法。霍尼韦尔即将发布的量子计算机，其量子体积将至少达到64，是业界未来第二排名的两倍。

量子技术先驱阿罗什：关于量子计算机的讨论已偏离科学轨道

蜗牛派 — Fri, 01 Nov 2019 06:24:02 +0000

蜗牛派讯在日前闭幕的世界顶尖科学家大会上，就热点问题量子计算机，2012年诺贝尔物理学奖获得者、量子技术先驱塞尔日·阿罗什表示，目前社会上关于量子计算机的讨论，实际已经偏离了真正科学意义上的讨论。“谷歌宣布的所谓的‘量子霸权’并没有让我觉得很惊叹。”阿罗什表示，“事实上，他们造出‘量子霸权’这样的概念，来实现企业想要宣传的一些东西。”