部分领先中国 美国量子计算获突破 全球首个1000量子比特芯片面
计算机的发明和广泛应用对人类的科学研究、生产生活等产生了深远的影响。计算机具有强大的信息存储能力、自动化和高速计算能力,可以在短时间内处理海量数据。为了满足人类对处理更多数据的需求,人们构建了超级计算机,其计算数据处理能力获得了巨大的提升。
超级计算机仍然无法满足人类的需求。为了解决这个问题,一种基于量子力学原理的全新计算机技术应运而生。量子计算机相较于传统计算机具有更强大的算力,能够解决传统计算机难以解决的复杂问题,加速科学研究的进展。此外,量子计算机还可以加速人工智能的发展,因为人工智能算法通常需要大量的计算资源。
由于量子计算机对未来世界格局以及人类科技发展具有重大意义,世界各大国都投入了大量的人才和资源进行研究。虽然中国在量子计算机技术方面处于全球领先地位,但美国作为世界第一科技大国,也在量子计算机技术研究方面取得了重要成果。
近期,美国IBM公司在2023年12月初召开的量子峰会上宣布了重大成果,发布了多款量子计算软硬件产品。
其中最引人注目的是一款名为“IBM量子系统2”的超导量子计算原型机,其基于第3代量子芯片Heron。IBM量子系统2配备了3个Heron超导量子芯片,每个芯片拥有133个量子比特。设备采用六边形的模块化设计,单台重达9吨,宽6.7米、高4.6米。这种模块化设计便于扩展,可以通过连接形成更强大的量子计算机。
由于采用了超导量子比特,该设备的体积巨大。超导量子比特的硬件基础是约瑟夫森结,它由两个超导体夹着一个绝缘层构成。通过向约瑟夫森结发射微波光子,可以操控库珀对,从而保存、更改和读出单个量子比特的信息。此外,IBM还在峰会上发布了另一款名为“Condor”的超导量子芯片,拥有1121个量子比特,是世界上第一个超过1000量子比特的量子芯片。
虽然中国在超导量子计算方面也有研究,早在2021年,中国就构建了国际上量子比特数最多的66量子比特的超导量子计算原型机“祖冲之二号”。这一成就得益于中国的重要科学家潘建伟院士,他被誉为中国的“量子之父”。但美国谷歌公司推出的70个量子比特的量子计算原型机“悬铃木二代”已经打破了“祖冲之二号”的纪录。而从已公布的研究成果来看,美国在超导量子计算机研究方面的技术水平已经强于中国。
这种情况的出现源于中美在量子计算领域的竞争。中美两国都意识到了量子计算的重要性,并将其视为国家战略的一部分。两国都在加大对量子计算研究的投入,以争夺技术领先地位。
中国在量子计算领域取得了一些重要的突破,如潘建伟院士领导的团队在2020年实现了量子霸权,即在特定任务上超越了传统计算机的能力。中国还在超导量子计算机方面取得了一定的进展,构建了具有大量量子比特的原型机。
美国在量子计算领域也有自己的优势和突破。谷歌公司在2019年宣布实现了量子霸权,并展示了其72量子比特的量子计算原型机。IBM公司也在不断推进量子计算技术,发布了新的量子计算硬件和软件产品。
中美在量子计算领域的竞争不仅体现在技术上,还涉及到政策、资金和人才等方面。两国都制定了相应的发展计划,并投入了大量的资金用于研究和发展。同时,吸引和培养高水平的科学家和工程师也成为两国的重要任务。
中美之间的竞争推动了量子计算技术的突破和进步。无论是中国还是美国,都在努力推动量子计算的发展,并希望能在这一领域取得领先地位。这种竞争有助于推动科学研究的进展,加速了量子计算技术的商业化和应用推广。
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