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郭光灿院士:中国量子计算机发展明显落后美国 但仍有机会

       科技部973项目量子通信与量子信息技术首席科学家郭光灿院士最近表示,中国量子计算机的发展明显落后于美国,很少有人做软件和材料。在十三五重大研究计划中,量子计算机应共同发展三驾马车,硬件、软件和材料应布局。

       在谈到什么时候可以制造实用的量子计算机时,郭光灿表示,中欧估计需要15年时间,美国认为会更快,美国目前的发展确实会更快。虽然落后,毕竟量子计算机还没有成功开发,但我们仍然有机会,但时间越来越紧迫。

       郭光灿院士是在“纪念HPC@CAS20上述报告在周年学术研讨会上发表。29日,中国科普博览会编辑整理了报告的主要内容,并由郭光灿院士审阅。观察者转载全文如下:

       物理学家和量子计算机的诞生,危言耸听

       量子计算机的诞生与著名的摩尔定律和危言耸听的物理学家有关。

       众所周知,摩尔定律的技术基础是不断提高电子芯片的集成度(单位芯片的晶体管数)。随着集成度的不断提高,我们的手机和电脑可以不断更新。

郭光灿院士:中国量子计算机发展明显落后美国 但仍有机会

图 1 摩尔定律

       20世纪80年代,摩尔定律恰当地反映了信息技术产业的发展。然而,危言耸听的物理学家提出了一个风景的问题:

       摩尔定律结束了吗?

       之所以提出这个问题,是因为摩尔定律的技术基础自然受到两大物理限制。

       一是能耗巨大,芯片有烧坏的危险。

       芯片加热主要是由于计算机门操作,不可逆门操作会失去比特。物理学家计算出,每个比特产生的热量损失,操作速度越快,单位时间产生的热量越多,计算机温度必须迅速上升,必须消耗大量的能量来散热,否则芯片将被烧毁。

       第二,为了提高集成度,晶体管越来越小。当它足够小,只有一个电子时,量子效应就会出现。电子产品将不再受欧姆定律的管辖。由于其隧道效应,无法通过的障碍也将通过,因此量子效应将阻碍信息技术按摩尔定律继续发展。

       这两个限制是物理学家预测摩尔定律会结束的原因。

       [隧道效应:由微粒波动性决定的量子效应,也称为势垒贯穿。本质上是量子跳跃,粒子迅速穿过势垒。当动能低于势垒高度时,根据经典力学,粒子不能穿过势垒;对于微粒,量子力学证明它仍有一定的概率穿过势垒,这就是所谓的隧道效应。

       尽管这一预测在当时没有影响,但危言耸听的物理学家并没有放弃,继续研究,提出了第二个问题:

       如果摩尔定律结束,后摩尔时代提高运算速度的途径是什么?

       这就导致了量子计算概念的诞生。

       量子计算遵循的薛定谔方程是可逆的,没有不可逆的操作,所以能耗很小;量子效应是提高量子计算并行运行能力的物理基础。

       A的砷,B的蜂蜜。它是电子计算机的障碍量子效应,但它已经成为量子计算机的资源。

       量子计算的概念最早是由美国物理学家费曼于1982年提出的。1985年,英国物理学家提出了量子图灵机的概念,许多物理学家将量子图灵机等同于量子电子线模型,并开始付诸实践。

       然而,这些概念并没有动摇摩尔定律在信息技术领域的地位,因为摩尔定律仍然支持电子计算机运行速度的快速提高。

       直到今年,美国政府才宣布摩尔定律已经结束。微电子未来的发展方向是低能耗和特殊性,而不是追求速度。

       从这个例子中,人们再次看到基础研究在当时可能没有实际价值,但在未来将发挥巨大作用。

       虽然量子计算机很好,但很难开发

       与电子计算机一样,量子计算机的功能是计算具体的数学问题。

郭光灿院士:中国量子计算机发展明显落后美国 但仍有机会

图 2 量子计算机工作原理

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