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[电子信息技术] IBM量子计算机据称实现突破性进展,中国科技噬待抢夺最终普及应用时间点

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i2000s 发表于 2012-3-4 05:05 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 i2000s 于 2012-3-3 16:23 编辑

近日,IBM声称他们在量子计算机方面取得突破性进展,向规模可观的通用量子计算机系统又迈进了一步。这是继D-wave在2010年卖出第一台绝热量子计算机(非通用型量子计算机)之后又一突破性进展。报道原文见以下链接:
http://www.zmescience.com/research/ibm-quantum-computer-28022012/
http://www.fastcompany.com/1821378/the-greatest-innovation-yet-making-computers-quantum-could-change-the-world

早期的一些摘要报道:
D-wave的第一台量子计算机已卖给Lockheed Martin公司(知名航空航天供应商):http://www.hpcwire.com/hpcwire/2011-05-26/d-wave_sells_first_quantum_computer.html
http://www.nytimes.com/2010/11/09/science/09compute.html?pagewanted=all

量子计算机是基于量子叠加和量子纠缠等原理的新一代计算机系统。与传统计算机相比,它有传统计算机很难实现的异或门和叠加比特态(qubit),可以实现大规模并行计算和求解非多项式型问题(NP),理论上对于一些传统计算机无法在有限时间内解决的数学问题(比如大数分解问题等)可以实现有效解决。同时量子计算系统外延的广义量子通信系统,更是具有高可靠加密的本质特点,对于通信安全具有至关重要的意义。理论上,一旦真正的量子计算机得以实现,将对人工智能、高性能计算等领域产生不可估量的影响,附带的产业进步不可同日而语;同时,现有的信息加密算法也有可能完全失效,国家信息安全将受到极大影响。可以说,谁先在量子计算和量子通信领域取得实质性的进展,谁就有可能引领下一次的科技生产革命。

但是,这种计算机和通信系统具有苛刻的制造要求,系统设计要求复杂,工艺实现的难度很大。目前国际上已经实现了少数量子门(计算机的基本逻辑单元)的可控操作,但是尚没有可靠的方法保证大规模量子逻辑门的协调运行。这次的IBM所获得的突破(目前还没有更进一步的细节报道)也许会对实现整机的运转具有里程碑的意义。据信,真正具有通用意义的量子计算机将在未来若干年内得以实现。

我国在量子通信和量子计算方面的研究开发具有一定的特色,比如中科大在多光子纠缠态的制备和量子密钥系统方面具有一定的领先优势,但是我们在高集成系统上的技术积累还不够;同时,我国在芜湖等市政系统也率先支持应用了量子保密通信的实验系统,整体上国家相关部门已经有了一定的运行管理经验。而且2015年左右还将计划发射国际上第一个量子通信试验卫星(任务追踪),这对于我们在这片通信系统制高点的科技竞争中保持良好发展势头具有很强的战略意义。

我们国家已经错过了前两次世界工业革命的浪潮,导致我们的科技发展和工业发展处处受制于人,国家虽大,却要在百年近代史中沦为刀俎,本质上还是由科技生产力的落后性所决定的。今日,在当人们普遍热衷于房产和那些赚钱的工作,争相炫耀财富和奢华,一边批判别人的腐败一边却也做着贪婪软弱的随大流的事情的时候,希望我们自己能将些许的目光投之于那些新兴但足以决定我们子孙后代生活命运的行业和科技产业,将踏实的工作作风和航空航天求索创新的精神切实带到我们自己的工作学习岗位上去。

英文报道原文未能有时间做出详细翻译,望广大网友原谅。后面请有关知情人士提供积极的讨论和解惑。如果更进一步的报道,请跟帖。

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yy1129 发表于 2012-4-18 15:43 | 显示全部楼层
利用钻石发光二极管   单一光子可在室温下稳定生成
        新华社东京4月17日电 日本产业技术综合研究所日前报告,该所科学家参加的一个研究小组,在世界上首次利用钻石发光二极管在室温下稳定生成单一光子,这将推动量子密码通信和量子计算机相关技术
       公报说,该所高级工程师山崎聪和大阪大学副教授水落宪和等研究人员以人造钻石为原料,在其中埋入由碳原子空穴和氮原子组成的复合体作为发光中心,在室温下稳定生成了单一光子,解决了制约单一光子源实用化的能源和成本瓶颈。
       量子密码通信理论上无法窃听,是一种理想的通信技术,近年来世界许多国家和企业都在研究。实现量子密码通信必需有稳定的单一光子源,能在需要的时候简单、精确地发出一个个载有信息的光子。迄今为止,单一光子源多采用量子点或有机分子,但它们在室温下很不稳定,需要用极低温来冷却,而且必须用激光激发,增加了能源消耗和成本
       在这项研究中,科研人员用无杂质的高品质人造钻石做发光层(i层),在中间埋入发光中心,这个发光中心由一个除去碳原子的空穴和一个氮原子组成。但是没有杂质的钻石不能导电,科研人员又制作了添加磷的N层和添加硼的P层,将i层夹在中间,形成拥有P-i-N构造的元件。
       经光子相关光谱法等精密方法测试,只要让电流流经该元件的发光层,发光中心就能稳定产生单一光子,证实了该元件能在室温下作为单一光子源工作。这为研发节能、低成本的量子密码通信技术开辟了道路。另外,发光中心还具备优秀的自旋性能,有可能作为量子计算机的元件使用。
       这项研究的成果已在最新的《自然·光子学》网络版上发表。
(中国科技网)
http://www.stdaily.com/stdaily/content/2012-04/18/content_457680.htm

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"单一光子"一般翻译为“单光子”,每次发光只有一个光子。另外,美国UCSB,Harvard,Cornell,德国马普物理所等在这方面近年都作出了不少研究突破。  发表于 2012-4-20 05:58

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 楼主| i2000s 发表于 2012-5-14 02:18 | 显示全部楼层
中国科学家实现世界最高保真度的固态量子存储器

近日,中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋研究组,在固态系统中实现了目前世界上最高保真度的量子存储器,保真度高达99.9%。研究成果发表在5月11日出版的美国《物理评论快报》上,并被美国物理学会网站Physics Synopsis栏目作为亮点报道。

量子存储器是量子信息领域的核心器件之一,是量子隐形传态、量子密集编码等基本量子信息过程的必需元件。同时,它还可用来实现量子中继,以解决远程量子通讯中的信息损耗问题,以及用于分布式量子计算、量子精密测量等方面。

国际上常用的量子存储器,如冷原子、玻色-爱因斯坦凝聚等,存在带宽窄和扩展性差等缺点,难以应用于实用化的量子网络。近几年兴起的基于稀土离子掺杂晶体的固态量子存储器件虽然具有寿命长、稳定性高、带宽较宽且扩展性强等诸多优点,在诸多性能指标上已超越其他量子存储器,但由于稀土离子掺杂晶体只对某一偏振态的光起作用,已研制出的固态量子存储器都是针对单一偏振态的。在实际应用中,光的各种偏振态是量子信息最方便的载体,怎样实现光子偏振态的固态量子存储器成为国际学术界亟需解决的难题。

李传锋研究组利用两块1.4毫米厚的掺钕钒酸钇晶体(一种性能优良的激光晶体),分别处理光的两种正交偏振态,同时把一片特殊设计的半波片置于两块晶体之间,来实现这两种偏振态的互换。整个量子存储器就像一片很小的“三明治”,紧凑而稳定,便于扩展和集成。

在实验中,他们摒弃了传统的固态量子存储方案中使用的共线式光路设计,设计出了交叉式光路,使得预处理用的泵浦光与待存储的光不再重合,从而降低了泵浦光带来的噪声,极大地提高了存储器的保真度。他们利用量子过程层析技术分析验证该存储器的保真度可达99.9%,远高于此前单光子偏振存储95%的最高保真度,是当前国际上各种量子存储器中保真度最高的。审稿人称赞说:“本工作新颖地解决了在固态器件中存储偏振比特的重要问题”。

该研究首次实现了光子偏振态的固态量子存储,对进一步提高量子通信网络、分布式量子计算网络等元件的小型化和集成化具有重要意义。同时,此超高保真度量子存储可应用于容错量子计算等具有苛刻要求的研究领域。

该项研究受到科技部和国家自然科学基金委的资助。
http://www.cnbeta.com/articles/186917.htm
(中国院量子信息重点实验室、新闻中心)

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保真度99.9%离实用化的小数点后最低5个9的要求还差很多。中国加油!  发表于 2012-5-14 02:19
 楼主| i2000s 发表于 2012-5-14 02:46 | 显示全部楼层
湖面100公里大气隐形传输已实现。
五月11日报道:
Chinese Physicists Smash Distance Record (again)For Teleportation

http://www.technologyreview.com/blog/arxiv/27843/?ref=rss

The ability to teleport photons through 100 kilometres of free space opens the way for satellite-based quantum communications, say researchers

Teleportation is the extraordinary ability to transfer objects from one location to another without travelling through the intervening space.

The idea is not that the physical object is teleported but the information that describes it. This can then be applied to a similar object in a new location which effectively takes on the new identity.

And it is by no means science fiction. Physicists have been teleporting photons since 1997 and the technique is now standard in optics laboratories all over the world.

The phenomenon that makes this possible is known as quantum entanglement, the deep and mysterious link that occurs when two quantum objects share the same existence and yet are separated in space.

Teleportation turns out to be extremely useful. Because teleported information does not travel through the intervening space, it cannot be secretly accessed by an eavesdropper.

For that reason, teleportation is the enabling technology behind quantum cryptography, a way of sending information with close-to-perfect secrecy.

Unfortunately, entangled photons are fragile objects. They cannot travel further than a kilometre or so down optical fibres because the photons end up interacting with the glass breaking the entanglement. That severely limits quantum cryptography's usefulness.

However, physicists have had more success teleporting photons through the atmosphere. In 2010, a Chinese team announced that it had teleported single photons over a distance of 16 kilometres. Handy but not exactly Earth-shattering.

Now the same team says it has smashed this record. Juan Yin at the University of Science and Technology of China in Shanghai, and a bunch of mates say they have teleported entangled photons over a distance of 97 kilometres across a lake in China.

That's an impressive feat for several reasons. The trick these guys have perfected is to find a way to use a 1.3 Watt laser and some fancy optics to beam the light and receive it.

Inevitably photons get lost and entanglement is destroyed in such a process. Imperfections in the optics and air turbulence account for some of these losses but the biggest problem is beam widening (they did the experiment at an altitude of about 4000 metres). Since the beam spreads out as it travels, many of the photons simply miss the target altogether.

So the most important advance these guys have made is to develop a steering mechanism using a guide laser that keeps the beam precisely on target(this technology would surely find its use in laser weapons). As a result, they were able to teleport more than 1100 photons in 4 hours over a distance of 97 kilometres.

That's interesting because it's the same channel attenuation that you'd have to cope with when beaming photons to a satellite with, say, 20 centimetre optics orbiting at about 500 kilometres. "The successful quantum teleportation over such channel losses in combination with our high-frequency and high-accuracy [aiming] technique show the feasibility of satellite-based ultra-long-distance quantum teleportation," say Juan and co.

So these guys clearly have their eye on the possibility of satellite-based quantum cryptography which would provide ultra secure communications around the world. That's in stark contrast to the few kilometres that are possible with commercial quantum cryptography gear.

Of course, data rates are likely to be slow and the rapidly emerging technology of quantum repeaters will extend the reach of ground-based quantum cryptography so that it could reach around the world, in principle at least.

But a perfect, satellite-based security system might be a useful piece of kit to have on the roof of an embassy or distributed among the armed forces.

Something for western security experts to think about.

Ref: arxiv.org/abs/1205.2024: Teleporting Independent Qubits Through A 97 Km Free-Space Channel
左手 发表于 2012-5-14 08:40 | 显示全部楼层
呵呵,我们进步了?
 楼主| i2000s 发表于 2012-5-14 12:53 | 显示全部楼层
左手 发表于 2012-5-13 19:40
呵呵,我们进步了?

进展还算可以

古人云:域民不以封疆之界。固国不以山川之险。 威天下不以兵甲之利。
在一些非武器性的关键点上的优势足以改变整个局势的平衡。各位拭目以待。
yy1129 发表于 2012-5-23 17:07 | 显示全部楼层
我国科学家全球首次实验实现高性能量子存储器
    新华社合肥5月23日电(记者徐海涛)中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟等人与德国科研人员合作,日前在全球首次实验实现了具有高读出效率、长存储寿命的高性能量子存储器,在新一代量子计算研究中迈出重要一步。
    量子计算被认为可能是全球下一代通信和计算机技术的基础性研究。但在量子存储器这一关键器件的既往研究中,存储寿命和读出效率两个主要性能指标一直无法实现同步提升。存储寿命如提升至毫秒量级,读出效率仅有20%左右;如读出效率提升至70%,存储寿命又仅有几百纳秒到几微秒。这种仅具备单一较好性能指标的量子存储器不能满足量子计算的应用需求。
    中科大微尺度国家实验室潘建伟、包小辉、赵博等与德国科研人员合作,通过一系列创新设计与艰苦努力,将光腔四重共振的技术难题简化为双重共振,在近期同步实现了量子存储器3.2毫秒的存储寿命及73%的读出效率,成功达到目前全球量子存储研究的最佳性能指标。
    该成果于5月20日发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上,被评价为“开启了利用多原子系统研究复杂量子信息方案的大门”。

fengqiuyizhong 发表于 2012-5-23 17:15 | 显示全部楼层
USTC在基础科研方面的进展还是不错的,几个科技十大,不过被武书连排名排的~~~BS之。
浙江诸暨 发表于 2012-5-24 12:51 | 显示全部楼层
为什么没听到中国的量子计算机啊
 楼主| i2000s 发表于 2012-5-25 07:42 | 显示全部楼层
路线不同。
第一批量子计算机将是超导做成,而中国在超导量子计算方面工作不多,侧重在光学和原子量子计算上,这个实现起来就要等一阵了。
langge945 发表于 2017-1-13 16:25 | 显示全部楼层
美国研究人员通过“压缩”光法将微观机械冷却至量子极限之下

2017-01-13

[据美国国家标准与技术研究所2017年1月12日报道] 美国国家标准与技术研究所(NIST)的物理学家们已经成功将机械物体的温度降低至前所未有的打破所谓的量子极限的水平。
2017年1月12日,《自然》杂志刊登的相关文章(名为《通过压缩光实现边带冷却,突破超过量子反作用极限》),对美国国家标准与技术研究所的新理论和实验进行了介绍,文章指出,目前他们可以将微观机械鼓(即一种振动铝膜)冷却至单个量子或能量的五分之一以下,这一数值比量子物理学之前确定的数值还要低。美国国家标准与技术研究所的科学家们表示,理论上而言,这种新的技术可以将物体冷却至不存在任何能量或进行任何运动的绝对零度状态。
美国国家标准与技术研究所的研究人员采用了一种特殊形式的微波光来冷却微观铝鼓,并将其能量水平降低至当前公认的极限之下,即仅相当于单一量子能量的五分之一。这种鼓的直径为20微米,厚度为100纳米,每秒击打1000万次,而其运动范围几乎为零。
本实验由美国国家标准与技术研究所物理学家约翰·托伊费尔(John Teufel)领导,他表示,鼓的温度越低,应用的效果也就越好。它能将传感器变得更加灵敏,也能延长信息的保存时间。而且,如果将它运用于量子计算机,计算机不会产生失真的问题,同时你也能真正地得到自己想要的答案。
托伊费尔(Teufel)团队的领导人兼共同作者何塞·奥门塔多(JoséAumentado)表示,这一结果在领域内的专家意料之外。这是一次精心设计的实验,并且必然会产生很大的影响。
研究人员将直径为20微米,厚度为100纳米的微鼓嵌入超导电路中,这一超导电路经设计可使微鼓的运动影响微波在电磁腔的中空围隔内的弹跳。微波是电磁辐射的一种形式,因此实际上它们以不可见光的形式存在,而却具有比可见光更长的波长和更低的频率。
电磁腔内的微波光根据需要改变其频率,进而与电磁腔的自然谐振或振动的频率相匹配。形成空腔的自然音调,类似于用手指摩擦装满水的杯子边缘,或用勺子敲击杯子侧面就能够发出悦耳的音调一样。
此前,美国国家标准与技术研究所的科学家们将量子磁鼓冷却至其最低能量基态,或者是一个量子的三分之一。在此过程中,科学家们使用了一种名为边带冷却的技术,这种技术能够以低于空腔谐振的频率将微波音调应用于电路中。此音调驱动电路中的电荷,进而使微鼓得以弹跳。鼓拍能够产生轻粒子或光子,因而自然而然地与电磁腔内较高的谐振频率相匹配。而当空腔填满后,这些光子会从中泄漏。每个离开空腔的光子都会经微鼓运动带走一个机械单位的能量,即一个声子。这一想法与使用激光冷却单个原子不谋而合,而后者最初由美国国家标准与技术研究所在1978年提,目前已广泛应用于原子钟领域。
在最新实验中,美国国家标准与技术研究所增加了一个步骤—使用经过压缩的光驱动鼓电路。压缩是量子力学概念,能够将光的噪声或多余的波动转移,并留下有用的属性,以免影响实验。这些量子波动限制了常规冷却技术所能达到的最低温度。研究团队使用特殊的电路来产生微波光子,其中,这些光子都经过光强起伏净化或剥离,因此降低了微鼓被意外加热的可能性。
托伊费尔(Teufel)说,噪音会随机对你想冷却的东西进行敲击或加热。我们正在一个“魔法”的层面上—以一个非常特定的方向和数量—挤压光,使相关的光子具有更稳定的强度。这些光子虽然脆弱,但是带有很强的能量。美国国家标准与技术研究所的理论和实验表明,经过压缩的光能够打破目前公认的冷却极限这同样适用于那些因体型较大或通常在低频率下运行而难以冷却的物体。这种微观鼓可以应用于很多领域中,如由量子和机械元件构成的混合量子计算机。理论而言,量子计算机,作为当前全球物理研究中的一个热门项目,可以解决目前人们认为十分棘手的问题。 (中国船舶工业综合技术经济研究院 程大树)

http://www.dsti.net/Information/News/102998
QGP! 发表于 2018-3-18 07:58 | 显示全部楼层
浙江诸暨 发表于 2012-5-24 12:51
为什么没听到中国的量子计算机啊

现在哪儿有量子计算机,全人类这个领域的物理学家都在为制造量子逻辑比特而挣扎,媒体都在竞相报道堆量子物理比特的游戏
langge945 发表于 2018-4-11 19:09 | 显示全部楼层
俄或将于2021年研制出量子计算机

© Sputnik/ Denis Sykachev
社会
18:21 2018年04月11日(更新 19:03 2018年04月11日) 缩短网址

俄罗斯卫星通讯社莫斯科4月11日电 俄罗斯先期研究基金会副主任谢尔盖·加尔布克对俄罗斯卫星通讯社表示,俄或将于2021年秋季研制出多量子比特量子计算机。

加尔布克称:"预计将于今年9月为俄罗斯工业启动研制不少于50量子比特的量子计算机原型的科研项目。项目将于2021年秋季结束。"
量子计算机可以瞬间解决目前最强大的计算机需要数年才能完成的任务。

http://sputniknews.cn/society/201804111025129452/
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