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铺平量子超级计算机的方式

科学知识 2025-09-25 9928

摘要:在一个使量子计算更明显地接近大规模实际用途的里程碑中,科学家证明了分布式量子计算的第一个实例。他们使用光子网络接口,成功地链接了两个独立的量子处理器,形成了一台完全连接的量子计算机,为解决先前无法触及的计算挑战铺平了道路。...

在一个使量子计算更加明显地接近大规模实际用途的里程碑中,牛津大学物理学的科学家证明了分布式量子计算的第一个实例。他们使用光子网络接口,成功地链接了两个独立的量子处理器,形成了一台完全连接的量子计算机,为解决先前无法触及的计算挑战铺平了道路。结果今天已发布(2月5日)自然。

铺平量子超级计算机的方式

突破性解决了量子的“可伸缩性问题”:一款足够强大的量子计算机必须能够处理数百万个Qubits。但是,将所有这些处理器打包在单个设备中,将需要一台巨大尺寸的机器。在这种新方法中,将小量子设备链接在一起,从而使计算能够在整个网络上分布。从理论上讲,网络中可能存在的处理器数量没有限制。

可扩展的体系结构基于每个模块,每个模块仅包含少数被困的离子Qubits(量子信息的原子尺度载体)。使用光纤将它们连接在一起,并使用光(光子)而不是电信号将数据链接在一起。这些光子链接使单独模块中的Qubits纠缠在一起*,从而可以使用量子传送范围跨模块执行量子逻辑。

尽管以前已经实现了状态的量子传送,但这项研究是网络链路上逻辑门(算法的最小成分)的量子传送的首次演示。根据研究人员的说法,这可能为未来的“量子互联网”奠定了基础,远处的处理器可以形成用于通信,计算和传感的超安全网络。

牛津大学物理学的研究负责人Dougal Main说:“先前的量子传送的演示重点是在物理分离的系统之间转移量子状态。在我们的研究中,我们使用量子传送到创造这些遥远系统之间的相互作用。通过仔细调整这些相互作用,我们可以执行位于单独的量子计算机中的量子位之间的逻辑量子门 - 量子计算的基本操作。这一突破使我们能够有效地将不同的量子处理器“将”“连接”到一台完全连接的量子计算机中。”

该概念类似于传统超级计算机的工作方式。这些由链接在一起的较小计算机组成,以实现比每个单独单元的功能更大的功能。该策略规避了许多工程障碍,与将大量的Qubits包装到单个设备中相关,同时保留了准确,可靠的计算所需的精致量子性能。

Dougal Main补充说:“通过使用光子链接互连模块,系统获得了有价值的灵活性,从而可以升级或交换模块而不会破坏整个架构。”

研究人员通过执行Grover的搜索算法来证明该方法的有效性。这种量子方法使用叠加和纠缠的量子现象,在大型的,非结构化的数据集中搜索特定项目的速度要快得多。它的成功演示强调了分布式方法如何扩展量子功能超出单个设备的限制,为可扩展的高性能量子计算机奠定了阶段,足以在今天的超级计算机中运行计算,而当今的超级计算机将需要多年的时间才能解决。

研究团队的首席研究员戴维·卢卡斯(David Lucas)教授,英国量子计算和模拟中心的首席科学家。从牛津大学物理学领导,他说:“我们的实验表明,网络分配的量子信息处理是可行的。当前的技术可行。扩大量子计算机仍然需要一项强大的技术挑战,这可能需要新的物理学的启发性,而新的物理学兴起了新的兴趣,并以来的是艰巨的努力,而又一年的时间努力努力。'''

量子纠缠:两个粒子,例如一对光子,即使在距离距离较大时也保持相关。这使他们可以共享信息而无需进行身体旅行。

量子传送:几乎立即使用纠缠即可在长距离上转移量子信息。

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