Wednesday, 15 February 2023

量子技術突破可能帶來計算機革命

帕拉布·戈什(Pallab Ghosh)
BBC科學事務記者

研究人員離實現製造多任務的「量子」計算機又近了一步,那將是比現有的最先進的超級計算機更強大的計算機。

量子計算機利用了亞原子粒子的怪異特性。

所謂的量子波粒能夠同時存在於兩個地方,而且即使分隔數百萬英里仍然匪夷所思地能夠保持關聯性。

英國蘇塞克斯大學(Sussex University)的研究團隊實現了在電腦芯片之間以前所未有的速度和精度傳送量子信息。

20多年來電腦研究人員一直努力造出有效的量子計算機。諸如谷歌、IBM和微軟這類公司已經開發出簡單的機器。但是按照蘇塞克斯大學研究團隊負責人溫弗里德·漢辛格(Winfried Hensinger)教授的說法,新的研究為製造出新系統鋪平了道路,這種新系統將能夠解決現有最好的計算機也不能解決的現實世界的問題。

他說:「我們現在擁有的量子計算機的芯片都非常簡單,我們現在已經取得了某種能力,即能造更強大的量子計算機,用它能夠解決工業和社會中的一些最重要的問題。」

目前計算機只能以簡單的線性方式處理問題,一次進行一個計算。

在量子領域,粒子能夠同時處於兩個地方,研究人員希望利用這個特性研發出能夠同時進行多個計算的計算機。

量子顆粒能夠在間隔數百萬英里的情況下仍然能夠顯示關聯,兩個粒子的行為同時有鏡像表現。這個特性被研究人員利用來研發能力更強大的計算機。

個研究當中的障礙就是需要在芯片之間迅速和可靠地傳送量子信息:信息受損就會產生誤差。

不過漢辛格教授的團隊已經取得了突破,他們發表在《自然通訊》期刊上的研究表明,他們可能已經克服了上述障礙。

這個團隊研發了從一個芯片向另外一個芯片以創紀錄的速度傳送信息的系統,傳送可靠率達到了99.999993%。研究人員說,這顯示了在原則上許多芯片能夠插在一起形成算力更強大的量子計算機。

邁克爾·卡斯伯特(Michael Cuthbert)教授是牛津郡迪德科特(Didcot)的國家量子計算中心的負責人,該機構獨立於蘇塞克斯的研究團隊。他把最新的研究進展說成「邁出很重要的,具有實際意義的一步」。不過他說要研發出實際的系統還需要做更多工作。

「將來要造出我們需要的量子計算機,需要在開始時把指甲大小的芯片連接,形成餐盤大小的東西。蘇塞克斯的團隊已經展示了在做這一步的時候能夠實現某種穩定性和速度。」

「不過在那一步的時候你需要把餐盤大小的東西相連接的機制,把機器做大,有可能像足球場那麼大,這樣才能進行有實際意義的,有用的計算,那種規模的通訊技術目前還沒有。」

薩塞克斯大學的博士生撒哈拉·庫爾米亞(Sahra Kulmiya)參加了上述試驗研究。她說研究團隊已經凖備好迎接挑戰,把技術推進到下一個階段。

她對BBC記者說「這已經不僅僅是物理問題了。」

「這是個工程問題,計算機科學的問題,也是個數學的問題。」

「很難說現在我們究竟距離實現量子計算有多近,但是我對於這種技術對我們日常生活具有意義感到樂觀。」

英國主要的工程公司羅爾斯-羅伊斯(Rolls Royce,又譯勞斯萊斯)也對上述技術感到樂觀。他們同蘇塞克斯的研究人員一起研發能夠幫助他們設計更好的噴氣發動機的計算機。

強大的超級計算機被用作模擬氣流,測試航空發動機的新設計。

為工程帶來轉變
裏·拉普沃斯(Leigh Lapworth)教授是羅爾斯-羅伊斯研發量子計算機的負責人。他說,量子計算機在理論上能夠以更大的精確度跟蹤氣流,而且快速完成這個過程。

「量子計算機能夠以目前我們無法實現的速度完成計算,而用其他方法這個計算過程需要數月或數年才能完成。有潛力在數天裏做到這點會改變我們的設計系統,讓我們製造出更好的發動機。」

「這個技術還可能應用到更塊地設計藥品,同時能精凖地模擬藥品的化學反應,這些計算任務對目前的超級計算機都過於困難。他們還可能提高更凖確的氣象預報系統,預測氣候變化的衝擊。」

漢辛格教授說,他最初產生研發量子計算機的想法是在20多年前。

「人們翻著眼睛說:『那不可能』。」

「當人們告訴我那無法做到的時候,我只是喜歡嘗試。因此,在過去的20年當中,我一直在克服一個又一個的障礙,現在到了能夠建造可以實際操作的量子計算機的地步。」



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