量子计算机模拟有望跨越49个量子比特关键门槛
时间:2017-12-08

  量子计算机模拟预计将跨过49个量子位的关键阈值 - News - Science Net

  量子计算机如今可谓红网科学,总是出现大新闻。根据MITR技术评论,瑞士科学家最近宣布他们将使用超级计算机来模拟49个量子位计算机。超过49个量子位在临界点,量子计算机可以获得量子优势,并有能力使传统计算机感到羞耻。

  上海交通大学物理与天文学教授金献民从“科学日报”向记者解释说,49人不是一个很准确的数字。模拟大约49个量子位,这大致是现有的超级计算机的最大容量,要求超级计算机的容量每增加1个量子位一倍,这显然是困难的。

  然而,科学家取得的诸多突破,表明量子计算机离传统计算机不远,成为强大的人类。

  模拟很具挑战性

  为了了解量子计算机是否运作良好,科学家们必须在传统的计算机上模拟它们,但是这样的工作可能是有挑战性

  量子计算机具有非常强大的量子迭加计算能力。 50个量子位可以代表1016个数字,而传统的计算机需要PB(1PB = 1015个字节)级别的存储器来存储那么多的数据。虽然在传统计算机上处​​理大量数据比较困难,但是由于超级计算机是由许多处理单元组成的,所以管理这些节点的数据流进出这些节点是相当费时和费力的。

  这使得模拟量子比特数小于49. 2010年,研究人员在德国Euless研究中心使用当时世界第五大的JuGene超级计算机模拟了一个具有42个量子位的量子计算机。但近年来在这方面的进展并不是很大。

  寻找新的方法来模拟加速

  但现在事情已经改变,苏黎世联邦理工学院的Thomas Hansel和Damian Steiger想方设法削减成本和时间。

  他们使用目前在劳伦斯伯克利国家实验室排名世界第五的Cori II超级计算机模拟30,36,42和45台量子计算机的连续计算。 Corey II拥有9,304个计算节点,计算性能峰值为29.1亿次浮点运算,1PB内存。

  在最大量子模拟中,他们使用了0.5PB的存储器和8192个节点。虽然节点之间的通信成本占用了总计算时间的75%,但是他们每秒获得了4,280亿次浮点运算能力将量子模拟速度提高了一个数量级。

  他们还在一台略微不太强大的超级计算机 - 劳伦斯伯克利国家实验室的爱迪生(Edison)中模拟了30-和36-位量子计算机,表明这种新的加速方法与其他超级计算机很好地结合在一起。

  迈向量子霸权

  量子霸权是加州理工学院的物理学家John Prescile发明的,表明量子计算机在存储和通信带宽呈指数级增长之后具有传统超级计算机的力量,材料科学模拟分子结构;处理密码学,机器学习的一些方面等等。顶级超级计算机目前正在用量子计算机做5到20个量子位,但量子计算机超过49个,量子计算机的威力已经让超级计算机无法比拟。

  量子计算机模拟45个量子位,受到两位科学家的大力鼓励,据我们所知,他们创造了迄今为止最模拟量子的世界纪录,这也说明了模拟更多量子位的可能性。

  据金贤敏介绍,其实我国在超级计算机上模拟量子计算机的表现也很耀眼。 2016年12月,他与台湾国防大学的杨学军教授和吴俊杰教授合作,使用世界第一的银河系2号,使用16,000个节点,模拟最多50个光子的玻色取样量子计算。

  根据麻省理工学院(MIT)“评论”3月份的一份报告,Google的量子计算机团队负责人Hamton Nevon表示,他们希望在一年内建立49个量子位。量子霸权时代悄然来临的迹象很多。

  但是,金正民强调:用超级计算机来模拟量子计算机的目的,就是要明确量子计算机应该超越经典计算机,实现量子霸权。一个仿真成功的量子计算机实现了49个量子位。量子计算机和量子模拟有着光明的前景,但道路漫长而曲折。

  (科技日报北京4月16日电)

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