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[话题讨论] 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量子优

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发表于 2020-09-14 23:31 超大游击队员 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 抗中主力认怂党 于 2020-09-14 23:32 编辑

什么是量子?

量子力学,是一门既玄乎又实在的自然科学理论。

19世纪末,人们发现用旧有的经典物理学理论无法解释微观系统,于是经由物理学家的努力,在20世纪初创立了量子力学,解释了这些现象。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除了广义相对论描写的引力以外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述(量子场论)。

什么是量子?量子(quantum)是现代物理的重要概念,即一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量就是量子化的,并把最小单位称为量子。

如我们日常中最常见的量子形态就是光子和电子。但凡有光的地方,光就是由无数个光子的颗粒组成的,叫作光量子。

从同一个光源散发出来的任意两个光量子具有一种特性叫量子纠缠,就象是一对孪生兄弟二者有极强的“心灵感应”,将这两个光量子分开不论多远,两个光量子之间的“心灵感应”始终存在,其中一个光量子的状态改变了,另一个光量子的状态也同时改变。

虽然科学家们至今还不清楚形成量子纠缠的机理,却并不仿碍利用这种量子纠缠特性研制出量子通讯保密技术、量子计算机、量子测量等一系列运用技术。

在量子技术的研究及实用方面,中国已经当仁不让地走在了世界前列,这离不开一位国宝级的科学家,即中国科学技术大学常务副校长、中国科学院量子信息和量子科技创新研究院院长、中国科学院院士潘建伟

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 楼主| 发表于 2020-09-14 23:34 超大游击队员 | 显示全部楼层
https://mp.weixin.qq.com/s/DNWhieV79PiEP5J4ptbbdg

潘建伟长期从事量子光学、量子信息和量子力学基础问题检验等方面的研究工作,是该领域有国际影响的学者,特别是在量子通信、多光子纠缠操纵、冷原子量子存储等研究方向上做出了系统性的创新贡献,先后获得国家自然科学一等奖、未来科学大奖物质科学奖等各类顶级大奖。他还在《自然》、《科学》等顶级国际学术期刊上发表论文180余篇,并受国际权威综述期刊《现代物理评论》(物理领域最高影响因子刊物)邀请先后撰写关于多光子纠缠实验和现实条件下量子通信安全性的综述论文,该期刊创刊近一百年来,中国学术机构以论文第一完成单位发表的仅4篇文章。

在他领衔下,多年来中国多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平,在全世界首先开发应用了量子通讯保密技术,发射“墨子号”量子卫星;同时,使我国在基于光子的光量子计算机研究方面保持了传统优势。

量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力和模拟能力,能解决经典计算机无法解决的大规模计算难题。目前,国际学术界认为基于光子、超冷原子和超导线路体系的量子计算技术最有可能取得突破,我国在这3个量子计算机研究线路方向上,均有世界领先的表现。

2017年中国两型量子计算机取得突破

2017年5月3日,中国科学院量子信息和量子科技创新研究院宣布,我国科学家在基于光和超导体系的两型量子计算机研究方面,同时取得重大突破:在光量子计算机研究中,建造了世界上超越早期经典计算机的光量子计算原型机;在超导量子计算机研究中,实现了世界上纠缠数目最多的超导量子比特处理器。这两项成果分别发表于国际学术期刊《自然·光子学》和《物理评论快报》上。





此前的2016年底,中科大的潘建伟团队已经刷新了世界光子纠缠纪录,将光子纠缠提升到十个光子纠缠,并自主研发了世界上最高品质和最高效率的量子点单光子源。

在前期工作的基础上,潘建伟团队构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机。

科学家们把“玻色取样”这一任务看成是测试计算能力的一个“竞赛项目”,“玻色取样”的计算量非常大,现有的传统超级计算机是难以完成的。但光量子计算机在这方面有着突出优势。

实验测试表明,此次发明的光量子计算机进行“玻色取样”速度,比国际同行之前类似的所有实验更快至少24000倍。同时,通过和经典算法比较,其比人类历史上第一台电子管计算机(ENIAC)和第一台晶体管计算机(TRADIC)运行速度快10倍至100倍。

这是历史上第一台超越早期经典计算机的基于单光子的量子模拟机,为最终实现超越经典计算能力的量子计算目标奠定了坚实基础。

而基于超导线路体系的量子计算机比较容易集成,被认为是比较容易取得突破的研究方向,也是国际量子计算机研究竞争的热点。

2015年,谷歌、美国国家航天航空局和加州大学圣芭芭拉分校宣布实现了9个超导量子比特的高精度操纵。

由中科大教授陆朝阳、朱晓波、潘建伟,浙江大学教授王浩华等合作,自主研发了10比特超导量子比特处理器(相当于传统计算机的中央处理器的CPU芯片),通过高精度脉冲控制和全局纠缠操作,成功实现了2017年世界上最大数目的超导量子比特的多体纯纠缠,并通过层析测量方法完整地刻画了10比特量子态。

研究团队用这一处理器演示了求解线性方程组的量子算法,证明了通过量子计算的并行性加速求解线性方程组的可行性。其实,现实中的药物筛选、星体运动规律、气象预报等很多问题,都可以归结为线性方程问题,这也就说明,基于超导线路体系的量子计算机有很强的应用前景。

同时,研究团队开始致力于20个超导量子比特样品的设计、制备和测试,并计划于当年年底前发布量子云计算平台。预计2027年左右能够实现对100个粒子的相干操纵,届时中国的超导量子计算机,其针对某些特定问题的计算能力将是目前全世界计算能力总和的百万倍。
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 楼主| 发表于 2020-09-14 23:35 超大游击队员 | 显示全部楼层
美国量子计算机的研究进展

由于量子计算机具有独特的并行计算的特点,其计算效率是经典计算机无法比拟。同样是一个n位的存储器,经典计算机存储的结果只有一个。但是量子计算机存储的结果可达2的n次方个,其并行计算不仅在存储容量上远超越经典计算机,而且读取速度快,多个读取和计算可同时进行。

有人打一个有趣的比方,如果现在传统计算机的速度是自行车,那么量子计算机的速度就好比飞机。世界上最快的超级计算机100年的计算量,量子计算机0.01秒就可以完成,计算速度根本不是在一个数量级上。当然这一切对比的前提条件是量子计算机已经可以投入实用。

基于量子计算机的不可限量的计算能力,人们看好量子计算将为人类带来的颠覆性改变,因此中美两国在这个领域都在加紧研究。目前,美国的IBM、谷歌、微软以及其他多个专业团队都在竞相致力量子计算机的研发,他们主要还是在基于超导线路体系的量子计算机研究方面取得了突破。

先看一下美国IBM的量子计算机研究情况。





2017年11月10日,在美国电气和电子工程师协会(IEEE)的工业峰会上,IBM对外宣布,公司已经成功研发20位量子比特的量子计算机,可在年底向付费客户开放。IBM还成功开发出了一台50位量子比特的原型机,可为今后商业化量子计算云服务IBM Q系统奠定基础。

除了量子计算机外,IBM在软件上也有建树。其开发的QISKit是量子信息软件处理工具包,可用于帮助研究社区最大限度利用量子计算系统的核心。IBM称,这是包括基于Python语言的建立、操控、显示和研究量子比特的工具,表征量子比特的工具,批量处理任务工具和一个可将所需实验编译到真实硬件的编译工具。

自2016年IBM推出5量子位的先进计算机以来,IBM在量子计算机领域一路高歌猛进,2017年3月份IBM就曾对外宣布要推出全球第一个商业化量子计算云服务IBM Q,这也是全球第一个收费的量子计算云服务系统。

2019年9月的消息是,IBM宣布将在10月推出53量子比特的可商用量子计算机,向外部用户开放使用。这说明IBM第一台量子计算机面市比以前设想的要快得多,去年就进入到了实用环节?

再来看一下谷歌的研究情况。




2019年9月20日,据英国《金融时报》报道,谷歌研究人员在本周向美国国家航空航天局(NASA)提交的论文中写道,其实验标志着量子处理器上执行的首次计算。而这一堪称“恐怖”的计算速度,被研究人员称作是“量子霸权”的证明。谷歌称其为“迈向全面量子计算的里程碑”。

谷歌还预测,与摩尔定律的指数速度相比,量子计算机的能力将以“双指数速度”发展,双指数增长远比指数增长更加快速——数量级不是按2的幂增长,而是按2的幂的幂增长。

据说,谷歌的量子计算机已经小试牛刀,仅仅用了3分20秒,就完成了世界第一超算计算机需要大约1万年来完成的计算,由此谷歌声称全球首次实现“量子霸权”。

谷歌和IBM量子计算机的突飞猛进,被自媒体们吹得神呼其神,仿佛全世界传统的计算机都被秒成了渣渣?可见,中国的压力有多大了。
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 楼主| 发表于 2020-09-14 23:37 超大游击队员 | 显示全部楼层
庚子年中国光量子计算机有了最新进展

9月5日,兼任西湖大学创校校董的潘建伟,在西湖大学首场公开课演讲上向公众公开宣布了自己研究团队在上周取得的最新研究成果:“就在上个星期,我们刚刚完成了对50个光子的玻色取样,相比谷歌的‘量子优越性’大概可以快100万倍。”





也就是,中科大潘建伟团队研究的光量子计算机,已经实现光量子计算机性能超过2019年10月(9月)谷歌53比特超导线路体系量子计算机的100万倍(10的6次方)。这次中国才真正有望向“量子霸权”发起冲击了。

“量子霸权”长期以来被用于描述量子计算机发展的关键节点,指量子计算机能解决传统计算机无法解决的复杂难题,也就是展现量子优越性,而这是量子计算机距离实际运用的关键一步。

此前8月,潘建伟团队成员朱晓波教授也在中科大上海研究院举办的“墨子沙龙”上表示,中科大团队年内即将实现60比特量子计算,将超越谷歌实现的53比特量子计算水平,并公布了未来十年研发目标即制备一百万比特保真度99.8%的量子计算机。

而今年6月,潘建伟团队在国际上首次实现基于纠缠的千公里级量子秘钥分发,确保了即使在(“墨子号”)卫星被他方控制的极端情况下,依然能实现安全的量子通信,成为量子通信向现实应用的重要突破。




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发表于 2020-09-15 00:00 超大游击队员 | 显示全部楼层
好的,加油,干翻邪恶的美弟
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CDer:001169792
发表于 2020-09-15 00:12 超大游击队员 | 显示全部楼层
光量子和美国超导路线不一样吧?孰优孰劣呢
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CDer:001168159
发表于 2020-09-15 01:05 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 因忒恩特 于 2020-09-15 01:12 编辑

潘建伟说的是“在超导量子计算方面,正在开展60个超导比特的量子相干控制,如果做成,性能比谷歌(的53个)快3个数量级”
快100万倍这个说的是“量子优越性快100万倍”,这个优越性前面是“50个光子的高斯玻色采样”,这句话不知道什么意思,但结合快3个数量级,很明显不是在说计算能力。

不知道对不对,光量子计算机如果50个就能比53个超导的快100万倍,超导比特量子计算机肯定就被淘汰了,因此我认为这个100万倍说的必然不是计算能力。
当然,也有可能说的是谷歌在光量子计算机领域没有建树
现在的新闻/通稿真的看不懂,标题还净往吸睛方向起。
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CDer:001091014
发表于 2020-09-15 01:25 超大游击队员 | 显示全部楼层
不懂。等解读
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CDer:001168159
发表于 2020-09-15 02:02 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 因忒恩特 于 2020-09-15 02:05 编辑

搜了半天,找到了,这些内容都是潘建伟“从爱因斯坦的好奇心到量子信息科技”这个演讲里面的,haokan上有视频,这篇新闻里的内容在视频后面部分。
100万倍说的确实是计算能力,但潘建伟原话说的是“控制100个量子比特是我们最近有望实现的水平(注意,这里的最近不是很快的意思,现在是50个光量子高斯玻色取样、24个超导量子比特(24个不知道是那个时间点),按潘的意思应该要10~20年才能完成100个量子用于计算),达到这个水平后,这个实验装置的计算能力就达到了当前世界算力总和的100万倍”
这下就清楚了,这篇报道(原稿应该是安徽日报写的)就是断章取义。

另外,我看有人说光量子玻色取样和超导量子比特不是一回事,前者不能用来计算,光量子计算机是通过搭建光路后进行计算,超导量子计算机可以直接用于计算(但是误码率比光量子计算机高的多)。真假未知,这个估计只有开发人员才懂了。

在知乎上搜到的
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CDer:000276927
发表于 2020-09-15 07:09 超大游击队员 | 显示全部楼层
感觉不靠谱,应该是记者乱来的
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CDer:001169105
发表于 2020-09-15 07:35 | 显示全部楼层
有到国庆、年底了,来吹一波
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CDer:000172053
发表于 2020-09-15 07:46 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

因忒恩特 发表于 2020-09-15 02:02
搜了半天,找到了,这些内容都是潘建伟“从爱因斯坦的好奇心到量子信息科技”这个演讲里面的,haokan上有视 ...

老外认为在量子计算机上,光子这条路不行.......
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CDer:000068889
发表于 2020-09-15 09:09 超大游击队员 | 显示全部楼层

Re.中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量子

才有几个出来喷的,有点失望
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CDer:000892673
发表于 2020-09-15 09:19 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

池中物 发表于 2020-09-15 09:09
才有几个出来喷的,有点失望

两年过后你再回来看看这个帖子,就知道到底谁在吹牛,谁在喷粪了。
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CDer:000892112
发表于 2020-09-15 09:21 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

starsea 发表于 2020-09-15 07:46
老外认为在量子计算机上,光子这条路不行.......

这可不一定,目前大家都是摸索阶段。
看一些科普据说 光量子集成性,可扩展性,差一些。
不过对于量子计算机这种神器,我觉得暂时就不要想着戴在手腕上,所以集成性,功耗,可扩展性这些问题都没啥了。
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CDer:001085736
发表于 2020-09-15 10:06 超大游击队员 | 显示全部楼层
我不懂这个。但是实话实说,我认为现在所有的量子产品都是骗人的。未来,未来还有时光机呢。
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CDer:000298244
发表于 2020-09-15 10:20 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

因忒恩特 发表于 2020-09-15 02:02
搜了半天,找到了,这些内容都是潘建伟“从爱因斯坦的好奇心到量子信息科技”这个演讲里面的,haokan上有视 ...

你才是专家,这篇文章在头条上给喷的一塌糊涂,喷的人里面有不少就是从事物理相关方面研究的学者
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CDer:001161448
发表于 2020-09-15 10:22 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

因忒恩特 发表于 2020-09-15 01:05
潘建伟说的是“在超导量子计算方面,正在开展60个超导比特的量子相干控制,如果做成,性能比谷歌(的53个) ...

是60个比53个,多7位就是100万倍
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CDer:000298244
发表于 2020-09-15 10:24 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

物理所的老狗 发表于 2020-09-15 09:19
两年过后你再回来看看这个帖子,就知道到底谁在吹牛,谁在喷粪了。

你是学者,物理方面的大牛,说说在头条上喷这篇文章,特别是比谷歌53比特量子计算机快100万倍的部分学者喷的有没有依据
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CDer:001168159
发表于 2020-09-15 10:30 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 因忒恩特 于 2020-09-15 10:39 编辑
我才是天微星 发表于 2020-09-15 10:22
是60个比53个,多7位就是100万倍


不是的,潘建伟原话说的是100个是现在世界的算力总和的100万倍,不是60个是53个的100万倍。
虽然多了7个量子比特,理论上快2∧7=128倍,只比53个快3高数量级。
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CDer:001168159
发表于 2020-09-15 10:33 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 因忒恩特 于 2020-09-15 10:35 编辑
starsea 发表于 2020-09-15 07:46
老外认为在量子计算机上,光子这条路不行.......


可能是光量子要撘光路后才能进行计算(据说光路是固定的,不能改变,出现新的就要改光路),体积比超导量子大得多
保真度方面光量子则比超导量子好的多,应该就是这样子
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CDer:000298244
发表于 2020-09-15 10:34 | 显示全部楼层
在这里问下有谁知道,前面的量子加密通讯现在有没有给上交所,深交所,铁路和民航调度网络,三大运营商骨干线路,银行间结算,公安,国安,二马华为中兴的云计算,等重要通讯系统在实际运用,还有墨子号卫星什么样了,国盾量子股票怎么样了
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发表于 2020-09-15 10:36 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

因忒恩特 发表于 2020-09-15 10:30
不是的,潘建伟原话说的是100个是现在世界的算力总和的100万倍,不是60个是53个的100万倍。
虽然多了7个 ...

需要一个工程化的测试来验证一下,就算只是个8位的计算器,都不需要芯片化,甚至不需要比电子计算器速度快,希望能早日见到这种可行性实验。
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发表于 2020-09-15 10:45 超大游击队员 | 显示全部楼层
我才是天微星 发表于 2020-09-15 10:36
需要一个工程化的测试来验证一下,就算只是个8位的计算器,都不需要芯片化,甚至不需要比电子计算器速度 ...

我刚看错了,2∧7=128,完全符合潘建伟说的“快3个数量级”,看来计算能力只是指数增长,文中幂的幂次方增长应该是错误的。

你说的验证是指验证100个量子比特计算能力么?这个要10~20年时间才能完成。
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CDer:000892673
发表于 2020-09-15 10:47 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

xiaoluxu 发表于 2020-09-15 10:24
你是学者,物理方面的大牛,说说在头条上喷这篇文章,特别是比谷歌53比特量子计算机快100万倍的部分学者 ...

说实话,我都没看明白他们说的100万倍是怎么计算出来的。
不管是郭光灿还是潘建伟的团队,都有我的同学。
我能说的,就是量子的概念股最好炒短线,落袋为安。
否则就是在交智商税。
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CDer:000892673
发表于 2020-09-15 10:48 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

xiaoluxu 发表于 2020-09-15 10:34
在这里问下有谁知道,前面的量子加密通讯现在有没有给上交所,深交所,铁路和民航调度网络,三大运营商骨干 ...

No。
字数补丁。
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CDer:001155248
发表于 2020-09-15 10:53 | 显示全部楼层
说的是将来能,现在还没做出来呢!媒体啊!就喜欢搞大新闻!
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CDer:001085976
发表于 2020-09-15 11:06 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

我才是天微星 发表于 2020-09-15 10:22
是60个比53个,多7位就是100万倍

比特是二进制,7位哪来的一百万?
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CDer:001173318
发表于 2020-09-15 11:21 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

xiaoluxu 发表于 2020-09-15 10:34
在这里问下有谁知道,前面的量子加密通讯现在有没有给上交所,深交所,铁路和民航调度网络,三大运营商骨干 ...

毫无实用性的技术,哪个单位敢真拿来用啊。领导可以装傻,但不能真傻
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CDer:000404672
发表于 2020-09-15 12:58 超大游击队员 | 显示全部楼层
因忒恩特 发表于 2020-09-15 10:33
可能是光量子要撘光路后才能进行计算(据说光路是固定的,不能改变,出现新的就要改光路),体积比超导 ...

可拓展性差很多,好像光量子纠缠也很难做
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CDer:001155525
发表于 2020-09-15 13:19 超大游击队员 | 显示全部楼层

Re.中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量子

国家富强了,前沿科学研究越来越多了。
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CDer:000967582
发表于 2020-09-15 15:02 | 显示全部楼层
这种牛究竟是研发者吹出来的,还是媒体吹出来的,有本事赶紧解决华为的困境啊
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CDer:001034653
发表于 2020-09-15 15:10 | 显示全部楼层
可以发一枚共和国勋章
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CDer:001034653
发表于 2020-09-15 15:11 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

物理所的老狗 发表于 2020-09-15 10:47
说实话,我都没看明白他们说的100万倍是怎么计算出来的。
不管是郭光灿还是潘建伟的团队,都有我的同学 ...

膜拜大佬
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CDer:001161448
发表于 2020-09-15 15:27 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

pigletpooh 发表于 2020-09-15 11:06
比特是二进制,7位哪来的一百万?

我记得有文章说量子比特不是二进制,而是每多一个比特就会多一种状态,不像电子那样只有0和1两个状态。
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发表于 2020-09-15 15:31 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

因忒恩特 发表于 2020-09-15 10:45
我刚看错了,2∧7=128,完全符合潘建伟说的“快3个数量级”,看来计算能力只是指数增长,文中幂的幂次方 ...

我存疑的是实用性,不需要控制太多量子,理论上只要能稳定控制两个,就能形成二进制,进而实现数学计算的能力,不知为什么国内外都没有人来做这种实验,我实在太外行了,也不敢乱说。
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CDer:001109531
发表于 2020-09-15 18:46 超大游击队员 | 显示全部楼层
媒体是真爱不懂乱加词,这种前沿没有真正融入生活中时  还是谨言慎行的好   未来到底如何说不上的。
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CDer:001053623
发表于 2020-09-15 19:08 | 显示全部楼层

RE: 中国量子计算机研究再获突破:性能超谷歌百万倍!中科大光量子计算机即将实现“量

我才是天微星 发表于 2020-09-15 15:27
我记得有文章说量子比特不是二进制,而是每多一个比特就会多一种状态,不像电子那样只有0和1两个状态。


n年前教科书说法:在现有计算机中,每个晶体管存储单元只能存储一位二进制数据,非0即1。在量子计算机中,数据采用量子位存储,由于量子的叠加效应,一个量子位可以是0或1,即可以既存储0又存储1
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CDer:001051719
发表于 2020-09-15 19:21 超大游击队员 | 显示全部楼层
呵呵,电子计算机砖家路过

反正遇事不决,量子力学——一群人高来高去~( ̄▽ ̄~)~
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CDer:000400025
发表于 2020-09-15 20:02 | 显示全部楼层
量子这种前沿科学,搞还是应该的

即便其间很多部分是空的,甚至吹的,幻想的,就当千金买马骨,总比马骨有用多了。

也难保就有搞成哪怕一小部分的。总不能都让外国人吹,咱连跟着吹的都没有。宣传效果总是有一些的。
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