IBM发布全球首台商用量子计算机!

   工业设计id

  设计师喜欢的小站!

关注



在“赌城”拉斯维加斯,在2019年的CES上,IBM把一件压箱底的东西搬了出来。

IBM宣布推出IBM Q System One,号称世界首个专为科学和商业用途设计的集成通用近似量子计算系统。搭乘这一系统的量子计算机是IBM Q,是目前全球唯一的独立商用量子计算机。

体积大如大象

IBM Q,高2.74米,宽2.74米,像一头大象的身躯,有一个15厘米厚的硼硅酸盐玻璃外壳,可以通过电机驱动把它打开,方便进行维护。

别看量子计算机体积极大,内部大部分空间是被冷却装置所占据。

因为量子计算机的核心必须在极低的温度下运行,到底有多低呢?与绝对零度(也就是零下273摄氏度)相差还不到一度,比液氦的温度还要冷,光是制冷就需要花几天时间。

这和PC玩家用液氮冷却CPU完全不同,冷却量子计算机“CPU”并不是因为其发热量大,而是因为只有温度足够低,内部超导体组件能正常工作。

量子计算机用“量子比特(qubits)”来存储数,传统计算机使用的是经典比特。传统的二进制存储数据只能是0或者1中的某一个状态,而1个量子位可以同时存储0和1,通过量子力学实现叠加。

但量子比特这种叠加特性不会持久存在,即使是现在最先进的超导量子计算机,也只能维持万分之一秒。温度低一点,这种状态就能持久一点。

量子计算机商用的瓶颈主要也是在这里。

读到这里,不得不提提锦鲤少年曹原了,这位来自中国的22岁少年,凭借自己的科研发现,一举解决了困扰世界107年的难题,荣登世界顶级学术期刊《自然》杂志,年度十大科学家之首!

困扰世界107年的难题是什么?

在世界能源史上,电力的传输过程,能源损耗巨大。目前使用的传输材质中,大约7%的能源热是在传输过程中损失掉的。这是世界上所有能源公司一直头疼的问题。

1911年,荷兰物理学家卡末林•昂内斯发现了一种能够将电子损失降到0的传输材质,命名为“超导体”。因为这样发现,昂内斯荣获诺贝尔奖。

但令人遗憾的是,要想实现这种传输条件,环境必须在冷却至绝对零度(也就是零下273摄氏度)。这在现实世界中绝不可能,因此这一科研成果无法付诸实践,能源公司依旧承担巨额损失。

此后的107年,科学界无数科学家前赴后继,一直希望研制出能够在常温条件下实现“超导体”性能的材料,却都以失败告终,直到曹原的出现。


在攻读博士期间,曹原发现,当叠在一起的两层石墨烯彼此之间发生轻微偏移的时候,按照他的理论推测,材料会发生剧变,有可能实现超导体性能。

但他的这一推测,却引起了诸多物理学家的质疑,他们认为这不过是一个20岁的小孩,关于世界的美好幻想。真实的试验结果绝不像曹原想象的那样简单。


双层石墨烯


曹原没有被外界质疑的声音击退,相反他仍旧坚信自己的判断。


为此他日夜蹲守在实验室,克服高温、极寒等多种极端困难条件,一次又一次的为捍卫自己的梦想,努力付出。

终于,在一次实验中,曹原巧妙的将角度旋转为1.1度时,奇迹发生了,置身特殊电场的两层石墨烯,成为超导体,电子在其间畅行无阻,曹原终于向世界证明了自己!

欣喜若狂的曹原深知,这将是一个改变世界的研究成果。为此他小心谨慎,通过7个月的反复实验,最终在今年3月份,完成了全部实验,
打破了世界107年来超导体魔咒!


随后,他将学术论文整理后,投给了《自然》杂志。


《自然》杂志编辑收到论文后,激动的都没来得及排版,就将其中一篇文章提前发到了杂志网站上,随后通过另外一篇文章进行评述。

一经刊登,曹原瞬间震撼了世界!全球科学家都迫切的希望自己能在实验室中,复制曹原创造的奇迹。


一位哥伦比亚大学教授甚至激动的说“曹原为我们打开了新世界的大门,我们能做的太多了。”

在曹原发表论文之后,短短9个月,石墨烯的初步商业化应用已经落地。以手机为例,一旦安装石墨烯电池,手机的充电时间将被缩短为16分钟的闪冲。

以此为基础,曹原的发现将极大的促进电子消费品工业的发展,在能源传输方面,将为全球能源行业省下数千亿的资金!


锦鲤少年曹原

正因为在常温条件下超导难以实现,所以,The Verge毫不留情地指出:像Q System One这样的量子计算系统仍然是实验性的。在涉及到现实生活的计算时,你的笔记本电脑可能更强大。

Tech Crunch评论称,对于大多数商业应用来说,一台20-Bit的机器还远远不够。更有甚者表示,IBM只是在自己的实验设备外面加了一个华丽的外壳而已。

遗憾的是,IBM Q量子计算机并不能包邮送到你手中。想使用IBM商用的量子计算系统,只能通过云端访问。

从2016年5月开始,IBM就向公众免费开放IBM Q量子计算机的云访问权限,但当时只有5个量子比特的运算能力。

IBM表示,目前IBM Q拥有超过10万名用户,而且开源的量子计算开发套件Qiskit下载超过14万次。

此外,IBM推出了Q Network,旨在通过与学术机构、大型企业等合作来推进量子计算研究。

最近加入的一些合作伙伴有:阿贡国家实验室、CERN、埃克森美孚、费米实验室和劳伦斯伯克利国家实验室等等。

而且,量子计算机也不是一般公司与机构能造得起的。

虽然IBM并未透露具体价格。但2016年,其竞争对手D-wave为谷歌提供了一台9量子比特的量子计算机,售价为1500万美元。

量子竞赛如火如荼

量子计算,被普遍认为是计算领域的下一个大事件。

对于传统计算机来说非常耗时的一些问题,量子计算机能够以少得多的步骤找到解决方案。

比如,使用一种名为Grover的量子搜索算法,只需1万次运算,就可以在一本有1亿个名字的电话簿中找到你。但经典的搜索算法平均需要5000万次运算,才能完成这个任务。

再比如化学及制药领域,业内人士估计,量子技术能将使药物发现率提高5%-10%,效率提高15%-20%。

在破解最复杂的密码安全系统、设计新材料、模拟气候变化、以及实现超级人工智能等方面,量子计算都扮演着重要的角色。

用武之地如此众多,以至于任何一个有实力的政府,都不愿意落后。美国、中国、欧盟、英国、荷兰、日本、加拿大、澳大利亚等都纷纷投入大量资源进行研究。

相比之下,各大公司之间的竞争,更加激烈,也更加显眼。

从2018年就可见一斑。

2018年的CES大会上,英特尔宣布成功设计、制造和交付49量子比特(量子位)的超导测试芯片Tangle Lake。

3月,谷歌公布72比特的量子芯片Bristlecone,并表示已经开始了72位量子计算机的测试。百度宣布成立量子计算研究所,计划在五年内组建世界一流的量子计算研究所,逐步将量子计算融入到业务中。

5月,微软在Build大会上宣布,要在五年内造出第一台拥有100个拓扑量子比特的量子计算机,并且将其整合到微软云Azure当中。

10月,阿里巴巴达摩院在云栖大会宣布着手超导量子芯片和量子计算系统的研发。华为在全联接大会期间正式发布量子计算模拟器HiQ云服务平台。

国内的实际进展方面,2017年5月, 中国科学技术大学潘建伟教授团队研发出了世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机。

2018年12月,中国科学技术大学郭光灿院士团队宣布,成功研制出一套精简、高效的量子计算机控制系统。

读到这里,你应该会明白曹原的回归对中国科技大学乃至中国在国际科技竞争方面的巨大意义了吧。

在荣获大奖之后,他第一时间返回自己的母校中国科技大学,跟自己的导师和同学庆祝自己的成就。曹原表示希望学成归来后,能够在中国科学技术大学工作。


世界还是之前的世界,中国早已不是之前的那个中国。越来越多的中国科学家涌现出来,向世界证明了中国的科研实力。


如果你要问量子计算的种种“梦幻般”应用要何时才能落地,就算是从事量子计算研究的人也很难说出个所以然来。量子计算时代何时真正开始,第一批杀手级应用是什么,还存在着类似叠加的不确定性。

不过,能够为各大公司创造利润的量子时代已经开始了,IBM Q System One就是一个急先锋。

不过,有了曹原的加盟,中科大第一台实用型量子计算机将很快到来,中国在量子计算方面将再次领先世界。

END



文章来源走进科学。版权声明:“工业设计id”所推送的文章,除非确实无法确认,我们都会注明作者和来源,部分文章推送时未能与原作者取得联系,若涉及版权问题,烦请原作者联系我们,与您共同协商解决。联系方式如下。

找小编  JACK

建模、入群

招聘、合作


加好友
进入本小站  最下方    设计学院 、建模学院、模型厂!