江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

量子计算|量子计算战争：国家实力、技术路线的双重对抗( 二 )


目前，富岳正处于运行状态，并被用于各种研究项目 。“富岳首次使用了在大型服务器的通用 CPU 中所应用的技术，例如 7nm 工艺技术、封装集成 HBM2、TB 级流媒体功能和片上嵌入式高性能网络，”Riken 计算科学中心主任 Satoshi Matsuoka 在 2021 年 VLSI 技术和电路研讨会上的一篇论文中写道 。
“我们已经进入千万亿次浮点运算的时代，”美国光刻工具公司 D2S 首席执行官 Aki Fujimura 说 。“全球有许多研究计算机正在接近百亿亿次计算（1000 petaflops） 。十年之后，我们将拥有许多百亿亿浮点运算级别的计算机 。”
事实上，业界需要更多的计算能力来解决生物技术、国防、材料科学、医学、物理学和天气预报方面当前和未来的问题 。
“我们需要以相同的价格提供更强的计算能力，需要解决的问题越来越难，我们在服务上面临的问题也越来越多，” Fujimura 说 。
当然，在传统计算持续进步的同时，业界也积极发展量子计算——理论上，这些基于量子计算的新系统有望超越当今的超级计算机，从而加速新技术的发展 。
在遥远的未来，量子计算机有望在合理的时间内破解世界上最复杂的算法，包括 Shor 这一用于整数分解问题的算法，以及可用于破解广泛使用的公钥加密方案 RSA 。
量子计算最早诞生于 1980 年代，多年来取得了一些重大进展：最近，有两个系统实现了“量子霸权”，这意味着量子计算机可以做经典计算机不能做的一些事情 。
尽管如此，量子计算仍处于起步阶段，一方面量子计算系统在不断进化，另一方面，人们也在不断寻求利用量子计算系统找到对应的应用领域 。IBM 量子硬件系统开发总监 Jerry Chow 说：
当今存在的所有系统主要用于探索未来的量子应用，包括用于量子化学的变分量子算法，以及用于机器学习的量子核估计方法 。从基准测试和自身性能表征的角度来看，今天部署的系统也很有趣，并且能够理解潜在的噪声源，以改进这些系统的未来迭代 。另一方面是探索量子纠错的概念 。
不过值得注意的是，即使量子计算机释放了潜力，它们也不会取代今天的计算机 。“对于某些类型的计算问题，量子计算显然是一项重要的未来技术 。素数分解是众所周知的另一项量子计算远优于经典计算的运算，”D2S 的 Fujimura 说 。“在某种程度上，量子计算是经典计算的增强版 。在更大范围内，量子计算不会取代经典计算，经典计算更适合我们需要计算的许多任务 。”
今天的量子计算机与众不同，类似于巨大的枝形吊灯；这些系统安装在稀释冰箱中，能够保护处理器和其他部件免受外部噪音和热量的影响 。该装置将设备冷却到 10 至 15 毫开尔文之间 。
量子计算|量子计算战争：国家实力、技术路线的双重对抗
文章图片
IBM 的 Quantum System One 系列量子计算机，图片源自 IBM
量子处理器就是一个量子系统，该处理器包含一些量子位 。这些量子位有两种配置，一个量子位门和两个量子位门 。假设有一个具有 16 个量子位的量子处理器，量子位排列在二维 4 X 4 阵列中 。前三行（从上到下）可能由一个量子位门组成，最后一行可能有两个量子位门 。
在经典计算中，将一个数字输入计算机，经过计算函数就会有一个数字输出 。但在量子计算机中，处理功能十分复杂 。
量子计算|量子计算战争：国家实力、技术路线的双重对抗
文章图片
研究人员在Intel实验室调整稀释冰箱，图片源自Intel
“如果你有 'n' 位，你就有 2 的 n 次方的数据量 。这是数量呈指数级增长的状态，一次只能处理一个状态 。因此，它是指数时间或空间指数，”麻省理工学院 (MIT) 教授威廉奥利弗在视频演示中解释道 。“另一方面，量子计算机可以将这 2 的 n 次方个不同的组件同时放入一个叠加态 。这就是我们在量子计算机中看到的指数级加速的基础 。”
量子计算机还有其他优点 。“为了使量子计算机的能力加倍，你只需要增加一个量子比特 。它是指数级的 。为了让量子计算机在摩尔定律方面跟上经典计算机，他们只需要每 24 个月增加一个量子比特，”Moor Insights & Strategy 的分析师 Paul Smith-Goodson 说 。
不过，上述情况都处于理想状态下；实际操作中，存在一些阻碍量子计算发挥其全部潜力的因素 。


推荐阅读


上一篇：卫星|世界首颗在轨可重新编程量子卫星成功发射

下一篇：电影|漫威《毒液2》全新中文预告公布！毒液遭遇宿命之敌