| 2020年3月31日夜06時21分 |
リード：テンセント量子研究室からの読み込み。
仕上げ|ジャンシャンバオ
2019年は、コンピューティング、量子の年でした熱いニュースフォーラムを占め、1月から計算され、IBMは9月、Googleに世界初の商用量子プロトタイプを発表し、世界初の宣言「量子覇権。」
それは、量子コンピューティングの時代が来ることを意味するので、今年は、量子コンピューティング上の歴史の中で画期的な出来事です。
クアンタムは、どれだけ離れて私たちから最後に計算しますか？大規模な商業だけでなく、どのくらい？どのような時代の芸術の現在の状態？
CCF YOCSEF ACメンバーの本部で、あらゆる学術秘書侯、インターネットセキュリティ業界のためのセンターのディレクター、北京交通大学、タオYaodong、CCF YOCSEF本部のACメンバーの本部は、コンピュータと情報技術の教授、北京交通大学、王偉が主宰3月28日、CCF YOCSEF（中国コンピュータ連盟青年コンピュータ技術フォーラム）「遠く離れた私たちから量子コンピュータ？」を開催し、このトピックのためのオンラインフォーラムを、量子の博士張ホイ起点は合肥の科学技術有限公司から計算し、（株）は、「量子コンピュータを作りました開発状況や見通し、「レポート。テンセント量子研究室から博士鄭Yaruiは「我々はまた、行う必要がある？量子コンピューティング」の報告をした、と清華大学は准教授Kihwanキム（ジンチーフアン）が報告書「トラップされたイオンで量子計算」でした殿堂入り。
また、中山大学教授リーグリーンウィークデータおよびコンピュータ・サイエンス、特別ゲストとして、強力な防衛技術博士剛の国立大学も床を取りました。テクノロジー教授羅の訓練の天津大学は、投稿＆テレコムプレスシニアエディタHeruiジュンプランニングは、行の議長を務めました。
レポートのAI技術のコメント、ソートの「量子コンピュータとの見通しの開発の概要」をリリースされている、博士鄭Yaruiの今テンセント量子研究室では「量子コンピューティングは、我々も行う必要がある？」今リリースしたレポートを終えた後、楽しんでください〜
鄭Yarui：博士は、物理学研究所を卒業しました。超伝導量子コンピューティングの主なフィールド。デザインと量子チップ、量子微細加工チップ、量子ビットの高精度な制御を超伝導のシミュレーションでは、量子ビットは、正確に、量子カプラを読んで、ハイブリッドアスペクト量子システムは、研究の長年の経験を持っています。ハードウェアは、現在、量子と着陸技術の開発を推進することを約束されたテンセント量子研究室のヘッドです。
報告書では、博士鄭Yaruiは、このような量子コンピュータなどの重要な問題の精密計測と制御量子ビット、量子誤り訂正とNISQの開発を紹介し、量子場の持続的な発展に彼の見解を共有しました。
実用的な量子コンピュータに入れたのはいつですか？
博士鄭Yaruiは、量子コンピューティングは、それは少なくとも貴重な商用床を実現するために十年を取るかもしれないと思う、Googleが10年排除しない、実際、いくつかのラジカルでは10年間で100万個の量子ビットの目標を宣言したが、Googleの強力なの強さ与えられました実現の可能性。2018年に、IBMはその「量子ボリュームが」量子ボリュームは、量子ビット、Googleの十年を比較する二重の年間仕事に非常に近い百万ビットの有効ビット数に対応し、毎年倍増することができることを宣言しました。計算するには10次元場合ハネウェル10回の毎年グーグルよりも宣伝のパフォーマンスを高めるために、IBMより急進、ハネウェルは少しあまりにも多くの宣伝で億約10倍の性能、です。
古典的な低電圧を使用して計算コンピュータは、量子ビット、1、計算量子状態を0を表します。量子ビット自体は量子力学の重畳原理に従うように、量子ビットは重畳状態0から1にすることができ、N量子ビットは、2 ^ N量子重ね合わせ状態に事実であることができます。
したがって、数、および量子ビット成長の量子状態の数は指数関数的な関係でした。1980年、教授ファインマンは頼む：量子化ビット数の増加で、その複雑さは指数関数的に増加、直接量子力学の量子力学的計算の問題のいくつかを使用できますか？その時から、量子コンピューティングの概念は徐々に、より体系的な学問分野へと進化します。
量子コンピュータを作る方法
どのように量子コンピュータを作るには？そこの3つの要件は、まず、ある量子ビットを持っている。そして、これらの基本的なNOTゲートやドア操作で非古典的コンピュータのドア、ドアにたとえることができる量子演算と呼ばれる高忠実度の量子操作は、そこにある。最後には、実行しますこのアルゴリズムは、十分な計算量子ビットを必要とします。
これらの3つの問題は、単純なように見えるが、それをやってすることは簡単ではありません。まず第一に、どのような材料は、量子ビットとして使用することができますか？今、人間は冷却原子気体、イオントラップ、光子、量子ビット超伝導を含むベクターを計算する非常に多くの出土量子を持って、量子コンピューティングのために使用することができます。これらのシステムは、それぞれの長所と短所を持っている、一種のシステムのが最終的に量子計算が、超伝導量子ビットとイオントラップの比較的速い発展することができなければならない何を知られていません。
回路と同様の構成の超伝導量子ビットの最も重要な利点の嘘、それは伝統的な大規模集積回路技術は、高速のキュービット系のメーカーを可能に使用することも可能です。
この技術は、近年では特に迅速な開発でIBMとGoogleの調査を借りて、左は量子ビットのデコヒーレンス時間を超伝導の上から見ることができ、2〜3年程度であるが倍増し、今よりも全体の量子ビットのパフォーマンスをします良い多くの10年前。2005年には、デコヒーレンス時間は、1マイクロ秒レベルであり、量子ビットのデコヒーレンス時間は今や数百マイクロ秒を持っています。ビット数を増やすことも非常に高速です。
2019年Googleは、Googleが量子チップの72ビットを有する場合には、53数72は、より以前よりも、実際には、多くの複雑さを高めるためには表示されません比較し、2017年に、実際には、53個の量子ビットとチップをリリースしました。
ある程度、チップレベルでの量子ビット53は、100個の以上のビットを達成することができます。デコヒーレンス時間と量子ビットの数に加えて、忠実度の超伝導量子ビットゲート操作が非常に高く、2014年には、99.4％に達しているが、Googleの最新の量子チップの忠実度が高くなり、99.6％があるかもしれません補正閾値以上。
量子コンピュータを構築する方法を、振り返ってみると？まず、量子ビットを持って、その後、高忠実度の量子演算、量子系の十分な数を持っています。今一般的にこれらの3つの要件を満たすことができる超伝導、この技術は、しきい値に達しました。
量子コンピュータの開発パス
IBMからの図は、量子コンピューティングの開発の背後にある可能な経路を記載します。重畳ボックス全体ボトムアップからは、物理的な量子プロセッサのための最低レベルは、物理レベルの概念です。
まず第一には、量子ビットと、量子量子ビットのチップを持って、そしてどのように制御、量子ビットの読みが続きます。コントロールを読んだ後、高忠実度を達成し、量子システム量子誤り訂正、すなわち補正量子を行い、この操作の主な目的は、さらに、量子システムの制御精度を向上することです。
実際には、制御精度の99％以上は、量子アルゴリズムの実用化を達成するのに十分ではありません。しかし、科学者たちは、直接ドア以来、なぜないの量子ビット、それの多くを使用し、高忠実度は容易ではないようにするために、非常にスマートですか？いわゆる量子誤り訂正は、高忠実度を達成することができ、最終的には、量子操作の合計と同等に到達することを保証するために、コンピュータのエラー訂正の古典的な概念から学ぶことです。
これに基づき、論理量子プロセッサに行ってきました、貴重なフロアを実現するために多くの量子ビットの量子アルゴリズムで、非常に高い忠実度の量子操作を実現するための量子ビットの大きな数に依存することができ、量子プロセッサの論理レベルがあります。同じ論理レベルでは、量子プロセッサの技術的および物理的な側面を介して制御し、読み、そして最終的に貴重な量子アルゴリズムを達成するために必要性を破壊するために必要。
ビューのポイント量子コンピューティングアプリケーションの着陸を達成するための究極の目標からは、理論、この番号の後に行うように百万量子ビット、量子誤り訂正について到達することが必要で、1,000人以上が、論理的な量子ビットの大きさについては、このスケールを形成します十分な床のアプリケーション。
必要なデータ、単一ビットゲート99.99％の精度で、2ビットのドアは非常に高い忠実度を達成するための必要性を読み取る、99.9％の精度を必要とします。現在、2ビットのゲートは99.4％である必要があり、忠実度は、目標アルゴリズム着陸に非常に近いとなっています。次の重要な問題は、ビット数を増加させつつ、現在の学界の主な焦点である、必ずドアを忠実に再現量子ビットは落ちないだろう作るということです。
ビットと忠実度の二重の数の問題を解決するには？
どのようにそれを技術的な観点この2つの問題を解決するには？スタートは角度超伝導回路は、変換プロセスを観察したところ、量子ビット超伝導します。図左上それを使用することができ、線が上記二つの小さな正方形黄色リング、ジョセフソン接合と呼ばれる2つの小さなブロックがあり、次の回路の環があり、超電導線を考えることができる簡単な図です。 SQUIDと呼ばれる組成SQUID、。
図を見ることができる2つの小さなピークに右方向、粒子は次に、量子システム、圧延システムの内部にピークとみなすことができ、エネルギーレベルがサブ粒子の系列に分割することができ、使用とすることができますこれらの量子レベルの操作。読書の動作を制御するために必要な量子。
図黄色マーク（RE-OUT）読み出され、量子ビットの状態への入力ラインと出力ラインを読み取ることができると考えられます。ビデオ単一ビットの回路構成が簡単であるが、行、参考プリント構造、量子ビットの行を設計することによって行わ量子計算の各々が存在する場合。
明らか行構造は、実際の用途には適していないだけでなく、二次元アレイ構造が、二次元アレイ構造量子ビット制御線と読み取り困難。これはまた、量子ビットの数は、ボトルネックが発生しますアップグレードする理由です。この問題を解決するための基本的な考え方は、配線の実現次元の可能性を高めることです。
2014年、Googleはすでに、従来の半導体プロセスで配線を実現するために2つのバックルをドッキング（フリップチップ技術、フリップチップ）チップを描画することによって、このアイデアを持っていました。右上隅に互いに結合した2つのチップから構成されているGoogleのシカモアプロセッサは、ビットチップ上にあるされ、チップが配線以下です。
Googleはコントロールとこのように二次元のビット列を読み込むを実装します。この概念は、さらに2つのだけのチップに限定されるものではなく、開発することができ、チップを接合層の多くすることができ、これは多層積層技術で、MITリンカーン研究所は技術を実現しました。したがって、このような画期的な技術では、配線に基づくビット数の拡張を妨げるつまずきではないかもしれません。
もう一つの問題は、ドアのビット精度の動作を改善する方法です。現在のところ、動作は精度ビットゲートデコヒーレンス時間に制限され、単に、持ち上げながらこの問題はビット数に変換された方法は、量子ビットのコヒーレンス時間を向上させることができます。
研究によれば、それが影響TLSに主として超伝導量子ビットのデコヒーレンス考えられる、TLSは、2段階システム（2レベルシステム）であり、基板とチップの超伝導量子欠陥の表面は、いくつかの不純物を有していてもよく、または準安定を形成することができます半レベルのシステム、超伝導キュビットの動作を妨害することができます。超伝導量子ビットのデコヒーレンス欠陥が不純物を除去する必要がリフティング、SQUIDチップ回路は、よりクリーンなデコヒーレンスのパフォーマンスが良くなりました。
だから、根から、それは材料産業の発展の観点から、量子コンピューティングを超伝導、材料とプロセスの両方から改善する必要がある2〜3年で技術革新と改善の多くを行っている倍増しましたデコヒーレンス時間。
材料が問題を認識していなかったとき、超伝導量子ビットでちょうど現れました。超伝導量子ビットは非常に遅れて表示されますので、これまでのところ、それはわずか21歳でした。今年は超伝導量子ビットは、再生可能な材料とプロセスに依存しなければならない、マイクロ秒未満から、21年2または300マイクロ秒の急速な増加をその性能デコヒーレンスを発見されました。
初期の量子ビットは、非常に伝統的な材料に使用され、半導体材料も少ないマイクロ秒よりも頻繁に使用される量子ビットの選択が、比較的貧弱なパフォーマンスのデコヒーレンス、です。このため、超伝導量子コンピューティングの時に研究者は、大きな期待を持っていません。
だから、アイデアは、それが使用される場合には基礎研究、量子力学の基礎研究の問題、量子コンピューティングを行うことですかギャップが存在しています。2007年に、研究者たちは、キャパシタ構造を変更します。2013年、2014年には、Googleはまた、いくつかの更新を行わデザインなどの技術革新の多くを作りました。デコヒーレンス時間は百マイクロ秒のレベルに昇格します。
このように、科学者たちはさらに数百マイクロ秒のオーダーのデコヒーレンス時間を強化するためのビットであってもよいタンタル金属のような新素材を開発しました。これは非常に短い開発期間を計算する量子超伝導、研究者のために奨励しているが、開発の21年の間に、進捗状況の非常に速い速度を維持しています。現在、新技術、新材料は、超高真空などのボトルネックは、より多くの表面回路をきれいになるようにパッケージ化することができる達していません。
超伝導量子ビットのデコヒーレンス時間を持ち上げるために、楽観的な研究者は、ミリ秒単位で問題のないレベルを強化することが期待しました。Msは何のコンセプトですか？手段量子ビット、単一ビットはファイブナイン（99.999％）忠実であることができ、二重ビットに忠実度の4 9（99.99％）を達成することが可能です。
現在知られている量子アルゴリズムによると、実際にこの目標を達成するために、少なくとも10年間、あまりにも遠く百万ビット、1万ビットの真の価値尺度を持つように、技術革新の数十年でカウント、業界の発展を必要とします非常に否定。
研究者が考えるよう：100-1000規模量子チップを、貴重なアプリケーション、それを達成することができますか？3は2グーグルから来たときに、図青の上部領域には、次の移動するための方法かもしれ量子のGoogleの覇権を決定する際に達成されています。2と3の間にGoogleが最近のアプリケーションとして定義された主な目的は、2と3の途中にある、貴重なアプリケーションを探してみてください。
量子計算と古典計算や相乗
人々はしばしば、量子と古典コンピューティングの比較を計算するために図を費やし、Googleは時々、このような量子コンピュータの挑戦伝統的なスーパーコンピュータなどの概念を揚げました。現時点では、伝統的なスーパーコンピュータは、我々は現在、量子コンピュータの機能を持っているよりもはるかに強い、非常に強力です。対立の観点から、10年以内に量子コンピュータは絶望的かもしれません。
あなたは、ビューのポイントを変更する場合は、量子コンピューティングの利点の目的は、挑戦古典コンピュータではなく、相乗的。単に古典コンピュータに頼る前に、困難を克服する能力は、方向が考えなければならない本当にです。
どのように量子コンピューティングのさらなる発展に？
まず、コア重要な問題は、測定および制御キュービットの精度を高めることです。
第二には、量子コンピュータを用いた量子誤り訂正ステップがより重要です。
第三には、量子ビットの前に百万、NISQを行うには、研究の量子スケール100-1000ビットを達成するために、この時間は、プロトタイプのニーズに触発されました。
第四に、量子コンピュータは確かに出て作られていないという見解のいくつかは、このフィールドにダメージを与えますので、注意を払う必要があり、量子場の持続的発展の問題は、あまりにも投資家や政府の投資家に対する同社の取り組みについて楽観することはできません実際の場合ない非常に速く、技術開発、投資家が失望させること、それがこの領域を破壊します。
第五に、量子計算と古典関係の関係の計算は、多くの古典的なコンピューティングから、非対立的な量子コンピューティング技術です。
第六に、開発プロセスにおける量子コンピューティング技術、企業はより近く一緒にビジネスや実用的なアプリケーションとして非常に重要な役割を持っている、助け真の値を見つけるには、コンピューティング、量子の異なる考えを持って来ることがあり、七、企業、研究機関は、量子コンピューティングは、技術的保護を強調しすぎるは、技術の発展に資するではないかもしれないが、この段階では、短期的に価値のある商業の着陸を行うことができない場合があり、よりオープンでなければなりません。
