真正的量子计算机到底需要多少量子比特?

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发布时间:2024-12-16 03:14

量子技术进展到什么程度?当我们使用量子这个词时,我们到底是什么意思?高级顾问乌尔里希·布斯克·霍夫(Ulrich Busk Hoff)多年来一直在研究量子物理学并进行交流。在这里,他概述了一个快速发展的领域。

什么是量子技术?

它是积极利用量子物理学的技术领域。这是只有使用量子物理现象才能实现的技术。这些通常是叠加等现象,其中物体(例如原子)可以承担多个值或同时位于多个位置,以及纠缠,其中物体(例如原子)与另一个原子物理分离,但它们仍然连接在一起,因此一个原子的撞击也会影响另一个原子。

量子物理学已有100多年的历史,那么有什么新鲜事呢?

这些想法确实很古老——从尼尔斯·玻尔和爱因斯坦的时代开始——但我们现在已经到了理论被证明的阶段,我们可以开始在实践中利用它们。我们可以做到这一点,因为今天我们可以控制原子、电子或光子等量子物理系统,使它们可用于加密、传感器和计算机等技术解决方案——尽管其中大部分仍然只能在实验室中实现。

哪种量子技术最成熟?

我们在加密和传感器方面非常先进。在过去的一年中,DTU参与了几个在两个地理位置之间发送量子加密数据的演示实验。

在量子传感器中,已经有许多不同类型的传感器可以极其精确地测量物理量。有些可以测量引力场中的微小变化。例如,这可以用于建筑工程,在施工前进行底土测绘,或预测地震。其他传感器测量来自例如肌肉活动和神经路径的磁场,并且在医疗诊断等领域具有巨大潜力。磁场传感器也可用于导航等军事目的。

量子计算机可能是最不成熟的技术。

为什么对量子计算机有如此多的炒作?

有几个原因。开始炒作的,并且在某种程度上仍在推动它的,是美国数学家、麻省理工学院教授彼得·肖尔(Peter Shor)于1994年开发的一种量子计算机算法。Shor的算法使强大的量子计算机有可能破解RSA加密。这是我们在互联网上发送数据时广泛使用的加密。

但也有一个明确的假设,即量子计算机最终将能够处理许多其他使用普通计算机无法实现的计算。因此,量子计算机预计将具有巨大的市场潜力。换句话说,对于那些能够实现量子计算机的人来说,有很多钱可以赚。

炒作也部分是由于量子计算机如此难以开发,以及它对许多人无法理解的量子现象的利用。对技术本身的迷恋助长了炒作。

我们什么时候会有量子计算机?

我们离拥有完全开发的量子计算机还很远。目前还不清楚哪个物理系统将构成可以在量子计算机内部量子力学使用的量子比特。有些人正在测试光子,其他原子或离子 - 还有一些超导材料中的电子。在某些地方,使用机械振荡。研究和开发正在全球所有这些平台中进行。

计算表明,需要一台1000万到2000万量子比特的量子计算机才能破解RSA加密。目前,最大的量子计算机在430量子比特的范围内。所以还有一段路要走。因此,冒着成为后代笑柄的风险,我猜我们还需要20年才能拥有满足这些期望的量子计算机。

我会在家里买一台量子计算机吗?

我将根据今天的技术现状以及我们认为量子计算机擅长什么来回答这个问题 - 考虑到这一点 - 我的猜测是量子计算机不会是我们家里拥有的东西。它将用于非常具体和大规模的计算。它不会是我们可以用来在Facebook上或观看YouTube视频的计算机。

我认为量子计算机将具有类似于HPC(高性能计算)的角色,如果您需要执行大规模计算,您可以立即购买访问权限。但我可能完全错了。技术的发展往往与我们预测的完全不同,所以30年后,我们可能都带着一台量子计算机四处走动。

作为非物理学家,您需要对量子物理学感兴趣吗?

叠加和纠缠等量子现象是自然界中非常迷人的部分,可以引起奇迹并激发我们人类的全新想法。它不是戴着眨眼在世界上奔跑,而是让我们停下来,认识到大自然比眼前看到的要多得多。它就像苍穹。我们基本上可以对黑洞和“暗物质”无动于衷,但我认为这是关于魅力,通识教育,以及意识到自然界实际上包含什么。

目前,我们在日常生活中没有遇到量子技术的应用。这意味着当我们谈论它们时,我们必须谈论量子现象。它们挑战了我们,因为我们没有经验,例如,在我们的可见世界中叠加,这是由传统物理学控制的,其中椅子等物体只能在房间中的一个地方。

但我认为,当我们开始使用量子技术时,我们将不再关注潜在的量子现象。事实上,PC和手机等其他技术就是这种情况。我们大多数人都没有考虑它们是如何工作的。但我们确实知道如何使用它们。

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原标题:《『真正的量子计算机到底需要多少量子比特?》