【科技知识】世界量子计算发展史

た入场券 2022-12-27 01:12 420阅读 0赞

本文主要来源于维基百科、《Science》和《Nature》的期刊News。

# 量子计算发展历程 #

**2011年5月11日**，加拿大的D-Wave 系统公司发布了一款号称“全球第一款商用型量子计算机”的计算设备“D-Wave One”，含有128个量子位\[12\]\[13\]。

**2011年5月25日**，洛克希德·马丁同意购买D-Wave One\[14\]。南加州大学洛克希德马丁量子计算机研究中心（USC-Lockheed Martin Quantum Computation Center）证明D-Wave One不遵循经典物理学法则的模拟退火（simulated annealing）运算模型，而是量子退火法。该论文《可编程量子退火的实验特性》（Experimental Signature of Programmable Quantum Annealing）发表于《自然通讯》（Nature Communications）期刊。该量子设备是否真的实现了量子计算目前还没有得到学术界广泛认同，只能有证据显示D-Wave系统在运作时逻辑不同于传统计算机。

**2013年5月** ，D-Wave 系统公司宣称NASA和Google共同预定了一台采用512量子位的D-Wave Two量子计算机。\[16\]该计算机执行特定算法时比传统计算机快上亿倍，但换用算法解相同问题时却又输给传统计算机，所以实验色彩浓厚并延续了学术界争论。

**2013年5月**，谷歌和NASA在加利福尼亚的量子人工智能实验室发布D-Wave Two。

**2015年5月**，IBM在量子运算上取得两项关键性突破，开发出四量子比特型电路（four quantum bit circuit），成为未来10年量子计算机基础。另外一项是，可以同时发现两项量子的错误型态，分别为bit-flip（位元翻转）与phase-flip（相位翻转），不同于过往在同一时间内只能找出一种错误型态，使量子计算机运作更为稳定。\[17\]

**2015年10月**，新南威尔士大学首度使用硅制作出量子闸\[18\]。

2016年8月，美国马里兰大学学院市分校发明世界上第一台由5量子比特组成的可编程量子计算机。\[19\]\[20\]

**2017年5月**，中国科学院宣布制造出世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机，研发了10位元超导量子线路样品，通过高精度脉冲控制和全局纠缠操作，成功实现了目前世界上最大数目的超导量子比特多体纯纠缠，并通过层析测量方法完整地刻画了十位元量子态。\[21\] 此原型机的“玻色取样”速度比国际同行之前所有实验机加快至少24000倍，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10-100倍，虽然还是缓慢但已经逐步跨入实用价值阶段。\[22\]\[23\]

**2017年7月**，美国研究人员宣布完成51个量子比特的量子计算机模拟器\[24\]。哈佛大学米哈伊尔·卢金（Mikhail Lukin）在莫斯科量子技术国际会议上宣布这一消息。量子模拟器使用了激光冷却的原子，并使用激光将原子固定。

**2018年3月5日**，Google科学家约翰•马丁尼（John Martinis）发布报告，宣布Google正在测试一台72位量子位的量子计算机，名叫狐尾松（Bristlecone）

**2018年6月**，英特尔宣布开发出新款量子芯片，称使用五十纳米的量子比特做运算，并已在接近摄氏零下273.15度的绝对零度中进行测试。\[25\]

**2019年1月8日**，IBM在消费电子展(CES)上展示了已开发的世界首款商业化量子计算机IBM Q System One\[26\]但其基本只有实验研究价值，没有超越传统计算机的实用性。同年10月谷歌制造的一台“西克莫（Sycamore）”量子计算机声称超越了传统计算机实现量子霸权，而隔日IBM投书称该计算机是宣传性哗众取宠产品，\[27\]运作方式依然没有超出目前量子科技范围，其只在特定条件特定问题下的一种实验问题结果\[28\]，而传统计算机只要更换算法就能达到同样效果，成本还更低、正确率更高，这被科技期刊称为“量子门”争议事件，德州大学奥斯汀分校理论计算机科学家斯科特·阿伦森（Scott Aaronson）则保守中立认为，虽谷歌成果实用有限“但假设它是成立的，那么科学象征成就是巨大的。”因为代表量子计算机取代传统计算机有其可能。谷歌首席执行长 Sundar Pichai 的立场则是承认这次实验没有实用性但具有莱特兄弟第一架飞机意义，证实飞机此一概念是有可能。

**2020年9月5日**，中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士、西湖大学创校校董潘建伟教授在公开课演讲上向公众透露光量子计算机最新进展：已经实现了光量子计算性能超过谷歌53比特量子计算机的100万倍。

**2019年10月23号**，Goole在nature发布Sycamore芯片,由54个量子比特组成。[来源Nature][Nature]

**2020年12月4日**，中国科学技术大学发布有76位量子位的量子计算机九章，并宣布实现量子优越性。\[29\]

**2023年**，IBM将实现1000位量子比特计算[来源Science][Science]

Google称未来十年将实现100万量子比特计算。[来源Science][Science]

# 参考文献 #

1.  [上海交大科研团队捕获马约拉纳费米子 造量子计算机的完美选择之一. 观察者网. ][_. _.]2016-06-22 \[2016-06-22\].
2.  ^ [科技袁人-何谓量子计算][-]
3.  ^ Holevo, A.S.（1973），‘Bounds for the quantity of information transmitted by a quantum communication channel’, Problemy Peredachi Informatsii, 9（3）: 3–11. English translation in Problems of Information Transmission, 9: 177–183, 1973.
4.  ^ Ingarden, R.S.（1976），‘Quantum information theory’, Rep. Math. Phys., 10: 43–72.
5.  ^ Manin, Y.（1980）, Computable and Uncomputable, Moscow: Sovetskoye Radio.
6.  ^ Poplavskii, R.P（1975），‘Thermodynamical models of information processing’，（in Russian）. Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 115 (3): 465–501.
7.  ^ Wiesner, S.（1983），‘Conjugate coding’, Sigact news, 18: 78–88.
8.  ^ David Deutsch, Quantum theory, the Church-Turingprinciple and the universal quantum computer, Proc. R. Soc. Lond.
9.  ^ Shor, Peter W.（1997）, “Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer”, SIAM J. Comput. 26 (5): 1484–1509, arXiv:quant-ph/9508027v2 页面存档备份，存于互联网档案馆
10. ^ Peter Shor, Algorithms for Quantum Computation: Discrete Logarithms and Factoring, IEEE Symposium on Foundations of Computer Science 124-134 (1994)
11. ^ Waldner, Jean-Baptiste. Nanocomputers and Swarm Intelligence. London: ISTE. 2007: 157. ISBN 2-7462-1516-0.
12. ^ Learning to program the D-Wave One. Hack The Multiverse. D-Wave. \[2011-05-11\]. （原始内容存档于2016-05-17）.
13. ^ Quantum annealing with manufactured spins, Nature 473-7346
14. ^ [D-Wave Systems sells its first Quantum Computing System to Lockheed Martin Corporation. D-Wave. ][D-Wave Systems sells its first Quantum Computing System to Lockheed Martin Corporation. D-Wave.]2011-05-25 \[2011-05-30\].
15. ^ Controversial Computer Is at Least a Little Quantum Mechanical, Science, 13 May 2011
16. ^ Mansfield, Alex. [BBC News - Nasa buys into ‘quantum’ computer. Bbc.co.uk.][BBC News - Nasa buys into _quantum_ computer. Bbc.co.uk.] \[2013-05-16\].
17. ^ \[1\]，[iThome新闻][iThome]，2015年5月1日
18. ^ [World’s First Silicon Quantum Logic Gate Brings Quantum Computing One Step Closer][World_s First Silicon Quantum Logic Gate Brings Quantum Computing One Step Closer]
19. ^ [全球首台可编程量子计算机在美国诞生. 搜狐新闻.][. _.] \[2016-08-05\].
20. ^ Debnath, S.; Linke, N. M.; Figgatt, C.; Landsman, K. A.; Wright, K.; Monroe, C. Demonstration of a small programmable quantum computer with atomic qubits. Nature. 2016-08-04, 536: 63–66 \[2016-08-09\]. [doi:10.1038/nature18648.][doi_10.1038_nature18648.] （原始内容存档于2019-07-01） （英语）.
21. ^ [世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机在我国诞生. 中科院网站. ][. _. 1]\[2017-05-04\].
22. ^ [真量子计算机首次具有实用级运算力][Link 1]
23. ^ [央视-我国量子计算机研究取得重大国际突破][- 1]
24. ^ [Reynolds, Matt. Quantum simulator with 51 qubits is largest ever. NewScientist.][Reynolds_ Matt. Quantum simulator with 51 qubits is largest ever. NewScientist.] \[23 July 2017\]. （原始内容存档于2017-07-18）.
25. ^ \[2\]
26. ^ [IBM unveils world’s first commercial quantum computer The Telegraph][IBM unveils world_s first commercial quantum computer The Telegraph] 2019年1月8日
27. ^ [IBM投书不服所谓量子霸权][IBM]
28. ^ [IBM刊文：某些人所谓的量子霸权][IBM 1]
29. ^ [最快！我国量子计算机实现算力全球领先. 新华网.][. _. 2] \[2020-12-04\]

[Nature]: https://www.nature.com/articles/d41586-019-03213-z
[Science]: https://www.sciencemag.org/news/2020/09/ibm-promises-1000-qubit-quantum-computer-milestone-2023
[_. _.]: http://www.guancha.cn/Science/2016_06_22_365052_s.shtml
[-]: https://www.youtube.com/watch?v=unewbxBMxgw&t=442s
[D-Wave Systems sells its first Quantum Computing System to Lockheed Martin Corporation. D-Wave.]: http://www.dwavesys.com/en/pressreleases.html#lm_2011
[BBC News - Nasa buys into _quantum_ computer. Bbc.co.uk.]: http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-22554494
[iThome]: http://www.ithome.com.tw/news/95595
[World_s First Silicon Quantum Logic Gate Brings Quantum Computing One Step Closer]: https://gizmodo.com/worlds-first-silicon-quantum-logic-gate-brings-quantum-1734653115
[. _.]: http://mt.sohu.com/20160805/n462772920.shtml
[doi_10.1038_nature18648.]: https://dx.doi.org/10.1038%2Fnature18648
[. _. 1]: http://www.cas.cn/tt/201705/t20170503_4598998.shtml
[Link 1]: https://www.sohu.com/a/138521731_120000
[- 1]: http://news.cctv.com/2017/05/03/ARTIgxU3KM1reTPE2mI7TXFf170503.shtml
[Reynolds_ Matt. Quantum simulator with 51 qubits is largest ever. NewScientist.]: https://www.newscientist.com/article/2141105-quantum-simulator-with-51-qubits-is-largest-ever/
[IBM unveils world_s first commercial quantum computer The Telegraph]: https://www.telegraph.co.uk/technology/2019/01/08/rise-supercomputer-ibm-unveils-worlds-first-commercial-quantum/
[IBM]: https://new.qq.com/omn/20191024/20191024A0A1VD00.html
[IBM 1]: https://www.ibm.com/blogs/research/2019/10/on-quantum-supremacy/
[. _. 2]: http://www.xinhuanet.com/2020-12/04/c_1126818952.htm