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  主页 > I T > IT时评 2000年08月21日 17:04

IBM的量子计算机,证实了超级运算潜力无穷

    人民日报网络版8月21日讯   近日,世界上最先进的量子计算机在IBM阿蒙德(Almaden)研究中心研制成功。科学家宣称量子计算机能够解决传统计算机难以完成的计算问题。

    Isaac L. Chuang是研究小组领导人,领导着来自IBM研究院、斯坦福大学以及Calgary大学的科学家,他说:“预计2020年将是量子计算机的时代,摩尔定律不再实用,集成电路将由分子和原子直接构成。事实上,构成量子计算机的基本元素就是分子和原子。”

    量子计算机的进步得益于其由原子或原子核构成的物理特性,原子或原子核以量子位(qubits)的形式协同工作,构成了计算机的处理器和内存。在与外部环境

    相隔离的情况下,量子计算机通过量子位之间的相互作用完成计算任务。经理论学家预测,并已被最新研究成果证实:量子计算机执行特定计算任务的能力要比传统计算机高出成指数幂的倍数。

    新型量子计算机包含有5个量子位,它将一个分子内的5个氟原子进行特殊设计,使得氟原子核在旋转时能以量子位的形式相互影响。量子位经过无线电脉冲的编程,能被核磁共振设备所接收,类似于医院或化学实验室里常用的那种核磁共振设备。

    利用微粒子特性,Chueng的研究小组仅用一步计算就完成了传统计算机需经过多次循环才能解决的数学难题。有一个数学难题叫“次序查找”,就是查找特定功能的周期。这是数学难题中的典型,也是构成诸如加密算法等重要应用程序的基础。

    “次序查找”问题又可通过以下方式描述:在一个有许多房间的屋子里,随机放置着相同数量的单向通道,一些通道能够自己构成回路,返回启始点。由此可以判定,在某种情况下,一个人穿过一定数量的房间和通道可以回到启始房间。这个问题是以最少次数的查询模式,计算出一个人返回启始房间前所必须通过的最少通道数。IBM研制出的5量子位计算机能够用一步计算就解决各种问题,而传统计算机要依照不同情况分四步计算得出结果。这项最新成果证实了早些时候由加拿大Calgary大学Richard Cleve教授做出的预测。

    量子计算机的发展前景是美好的,潜力是无穷的,但同时也面临着极大的挑战。IBM的5量子位量子计算机目前只是一个用于研究实验的仪器,将它商业化还需要很长一段时间,因为商用量子计算机至少需要几十个量子位,才能真正解决现实中存在的问题。

    研究小组领导人Chuang说:“这项研究成果给予我们很大信心,使我们懂得量子计算机如何才能融入未来的技术。我们确信,总有一天,量子计算机能够真正实用,解决传统计算机即使花费上百万年也不能解决的难题。”

    Chuang还说:“量子计算机适用的第一批应用程序很可能是具备协同处理能力特殊用途的程序,例如数据库查询以及复杂数学问题的求解等。加速字处理或Web处理将不是量子计算机适用的范畴。

    8月16日,在斯坦福大学召开的Hot Chips 2000的会议上,Chuang向人们展示了这项最新研究成果(这个会议是由美国电气工程师协会(IEEE)计算机分会组织的)。Chuang的合作伙伴有IBM Almaden研究中心的Grgory Breyta和Costantino S. Yannoni,斯坦福大学研究生Lieven M. K. Vandersypen和Matthias Steffen,以及Calgary大学的计算机理论学家Richard Cleve。研究小组还就试验成果向著名刊物“科学”杂志和“物理展望”杂志提交了一份技术报告。

    背景资料:

    当量子计算机理论在七、八十年代被第一次提出时(其理论学家有加里福尼亚技术研究院的Richard Feynmann,Argonne国家实验室的Paul Benioff,牛津大学的David Deutsch,以及IBM 华盛顿研究中心的Charles Bennett),许多科学家对能否真正制造出这样的机器持怀疑态度。但到了1994年,AT&T研究院的Peter Shor提出了一种能比传统计算机运算速度快上指数幂倍数的量子算法,这个算法强大到足以解开著名的公开秘钥加密算法中的私用秘钥。Shor的算法为量子计算机的发展开辟了道路。从此,世界众多研究小组加入该研究行列,在量子计算机研究领域取得的重大进步络绎不绝。

    Chuang是世界上最优秀的量子计算机实验专家之一。他还领导着世界上第一个2量子位计算机(1998年在加州大学Berkeley分校)以及3量子位计算机(1999年在IBM的Almaden研究中心)的研究工作。今天发布的次序查找问题是量子计算机至今为止所演示的最复杂的算法。

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