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飞时科技为您深入量子领域 提供坚实助力
2023-02-10570次
科幻作品都有超前科技吸引眼球,在《流浪地球2》中,名为“MOSS”的量子计算机如同黑巫师展现了超强计算能力,MOSS 尽情展现出了人类对高性能量子能力的期盼。 那么现实中的量子计算机到底是什么样?

科幻作品都有超前科技吸引眼球,在《流浪地球2》中,名为“MOSS”的量子计算机如同黑巫师展现了超强计算能力,它可以坚定的执行自己使命,可以随意干扰人类决策。目前还没有“MOSS”级的计算机, MOSS 尽情展现出了人类对高性能量子能力的期盼。那么现实中的量子计算机到底是什么样,水平有多高呢?我们来简单了解一下。


1  目前的量子计算机水平

1981年,诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出了量子计算机构想,量子计算机有三大要素:物理体系,量子比特数量,量子算法,建立在量子具有独特的纠缠态性质之上,叠加态分布可初始化设定,可变换,可测量的基础上。 量子比特处于“0”和”1“的叠加态,可以同时表示0和1,对N位量子比特进行一次运算操作,等效于传统计算机进行2N次操作,比如,一台有64个量子比特的量子计算机,其运算能力大约是1.85E19次/秒,这已经超过了我国的超算天河2号,这也是量子计算机独特的并行运算能力。量子比特越多,其运算能力越强,当然了,制作难度也是成指数级上升的。量子计算机的突出优点是:快速,可以在短时间内解决目前超级计算机无法回答的问题。

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量子计算机总需要基于某种物理体系来实现,按照物理体系的差异,量子计算机可分为超导、半导体量子点、拓扑、离子阱、光量子,NV色心等几类。目前量子计算机的性能受限于量子比特的数目,计算能力还比较低,同时目前尚无通用的量子算法,现在的量子计算机几乎都是专用型计算机,只能解决特定的问题。目前,已经出现了质因数分解算法(1994,Peter Shor),量子搜索算法(1996,Grover),这使得量子计算机已经有了明确的应用场景。


2 现在几种主要的量子计算机

 

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2022  IBM 鱼鹰 433量子比特


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2021  中科大 祖冲之二号  66量子比特


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2021   中科大  九章二号  113个光子144模式



3  量子计算机离我们有多远

现有的各种路线—离子阱或超导量子—都面临着不同的技术挑战。例如,在超导量子计算方向上,科研人员正在寻求提升量子门操控的保真度的方式,尝试量子纠错的算法,创新量子比特操控和读取的方法。


研究表明,量子计算可以基于各种物理体系,研究的瓶颈仍然是物理实现方式。 同时我们也应该看到,量子计算机还很脆弱,量子态保持受环境影响比较大,需要通过纠错编码的方式解决。实现通用的量子计算机,可用来解决各个领域的应用问题,所需的量子比特数目要达到更高水平,达到几万乃至上百万,通用量子计算机的成功还有漫长的路要走,各国科研人员正在多条线路中激烈角逐。


4  飞时科技助力量子研究


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SHFQC 8.5 GHz 量子测控一体机

SHFQC 量子测控一体机可以同时进行控制,读取和快速反馈,多达 6 个超导量子比特。它集成了 SHFQA 量子分析仪 和 SHFSG 信号发生器,以及其他功能于一身。因为 SHFQC 集成了微波信号产生模块和触发分配单元,延时低于 350 ns 超快反馈,并可直接连接到致冷机启动实验。SHFQC 的控制通道有 3 种配置以实现不同的实验需求,即 2个,4 个 或 6 个控制通道。对于 2 个或 4 个控制通道的初始配置,用户可以在线升级至更高的通道配置。



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SHFQA 8.5 GHz 量子分析仪

SHFQA 量子分析仪,作为独立单体仪器,具备完整的实时量子态读取功能,最多可读取高达 64 个超导和自旋量子比特。 SHFQA的频率范围为 0.5 - 8.5 GHz,分析带宽为 1 GHz,且无需混频器校准。SHFQA 具有 2 个或 4 个读取通道,每个通道均可以分析多达 16 个量子比特,8 个 qutrit 或 5 个 quaquad。对于 2 通道 SHFQA,此功能需要配备 SHFQA-16W 选件。


SHFQA 凭借其先进的定序器和低延迟信号处理链,包含匹配滤波和结果关联运算,能够以最佳的信噪比和最低的延迟实现多量子态鉴别。SHFQA 可以将数据实时传输到其他仪器,以实现有效的 qubit 复位或全局纠错协议。通过作用包括用户界面,应用程序接口 (API) 和 LabOne QCCS 控制软件的 LabOne 软件组件,SHFQA 可支持规模从几个至几百个量子比特的量子计算系统。


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UHFQA 600 MHz量子分析仪

UHFQA 量子分析仪是市场上仅有的一款可并行、高速和高保真度读取多至 10 个超导或自旋量子比特的仪器。 UHFQA 覆盖的频率宽度为 1.2 GHz (±600 MHz),时间分辨率在纳秒量级。 UHFQA 拥有 2 个输入通道和 2 个输出通道,用于 IQ 调制操作。 得益于低延迟的信号处理链路 (包含匹配滤波器、实时矩阵操作,以及量子态鉴别),UHFQA 与其它 QCCS 仪器并用时,可支持拥有 100 个甚至更多量子比特的量子计算机系统。


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PQSC 可编程量子系统控制器

PQSC可编程量子系统控制器,是Zurich Instruments 的一款用于操控所有 QCCS 仪器,以实现多量子比特 (多达 100 个) 量子计算的控制器。PQSC 提供ZSync 低延迟实时通信链,专为量子计算设计。PQSC突破了传统控制方式的局限,使快速自动化量子比特校准的常规化成为现实。PQSC的FPGA 型号是功能强大的 Xilinx UltraScale+。直接对 FPGA 进行编程配置,并通过开发经过优化的新信号处理方案,可以实现更为复杂的功能,例如在特定的量子算法和量子计算机架构中进行快速启动和纠错等。


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SHFSG 8.5 GHz 微波任意波形发生器

SHFSG 信号发生器可以直接产生频率范围从 DC 到 8.5 GHz 的量子比特控制信号,具有 1 GHz 的无杂散调制带宽。 SHFSG 使用双超外差技术进行频率上变频,无需混频器校准并节省系统调校时间。每个 SHFSG 带有 4 或 8 个具有 14 位垂直分辨率的模拟输出通道。 SHFSG 可经 LabOne 、 API 或 LabOne QCCS 软件控制,支持大小从几个量子比特到几百个量子比特的量子计算系统。



新闻素材来源:https://www.zhinst.cn/




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