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霍尼韦尔进军量子计算

2018年12月04日

目前,霍尼韦尔开发的第一代商用离子阱量子比特装置已经进入测试阶段。

该装置用于捕获离子,而后者让量子计算机成为可能。

是不是"不明觉厉"?什么是量子比特?量子计算机长啥样??

……什么是量子??

别急,听我慢慢道来。

追求卓越·服务至上

首先

什么是量子??

说起量子,我们很容易联想到原子、分子等粒子。中学课本上说,物质是由原子构成的,原子又是由原子核和电子构成的,那么量子是一种怎样的粒子呢?难道它比原子更小??

其实,量子指的是"不可分割的最小单位",它是一个数学单位,而不是指某种实体的粒子。比如,光子是光的量子,电子是阴极射线的量子。

为了更直观地体现量子的世界有多小,请看下面的图。

这是一块用霍尼韦尔发泡剂制得的:泡沫

把它放在分析实验室的电子显微镜下放大2万倍,我们能清楚地看到:泡沫表面的样子

但是想要看到原子排布,还要再放大数百倍。

以人类现有的技术,我们很难直接看到原子。我们观测到的是来自原子的散射光。就像空间站的宇航员在夜晚能够看到地球上的城市发出的光,却看不到发出光的单个灯泡。

其次

这么小的量子,为什么会和计算机有关??

一旦进入量子世界,你就会发现这个世界是如此荒诞,激烈地冲击着我们从古典物理中培养出的直觉。

抛硬币时,硬币要么正面朝上,要么反面朝上,但在量子世界,它可以同时处于两种状态。

传统计算机利用二进制比特进行编码和运算。二进制比特有两种状态:0或1,就像一个开关,只能开启或者关闭。

量子比特可以同时处于"0"和"1"的状态,这叫:量子的叠加态

是不是很难理解?打个比方,量子比特就像是你抛上去的还在空中旋转的硬币。尽管它落地后只能有一个结果,但在空中时,它却可以同时处于"正面"和"反面"的叠加态。

第二个特性是"量子纠缠"。

我们都知道,原子是由原子核和围绕它运行的电子构成的。人们曾一度认为,电子是围绕原子核旋转的,就像地球绕着太阳转那样。但事实是,电子没有轨迹,它会随机地出现在各个位置,都在一瞬间。只有当我们精确地测定之后,才能知道那个时刻它在哪。

这就引出了:量子纠缠

量子纠缠,如果一个原子核有两个以上的电子,那么虽然单个电子的行踪是不确定的,但是电子彼此之间的运动是相互联系的。也就是说它们全部纠缠在一起,共同构成一个不能分割的物理状态。

这种特性允许单个量子比特以某种方式相互联系,使得单个量子比特可以拥有关于整个量子比特集合中的其余部分的信息。这使得量子计算机能够同时而不是顺序地处理数据。

这两个特性结合在一起,使得开发人员能够以传统计算机无法企及的全新方式进行计算,并且可以在极短时间内提供大量加速来运行算法。

再次

量子比特是什么??

怎样实现量子计算??

传统计算机的比特是虚拟的,但量子比特却是实体。它可能是光子,电子,或者离子。

要让这些粒子乖乖"听话",完成复杂的计算,需要依靠特殊的条件。因此,量子计算机也和如今的传统计算机和笔记本电脑完全不同,要有如下特性:

大型低温系统,需要接近绝对零度的温度。

超高真空环境,其粒子量比外太空少五个数量级。

发出的激光能精确照亮微小的单个原子。

原子与棒球的大小差异与棒球对于整个地球的区别是一样的。所有这些系统都必须组织起来,以精确一致的方式协同工作。正是这种精度水平与运算水平使得量子计算成为可能。

那么

是什么让霍尼韦尔的

量子方法与众不同??

在量子计算机发展的早期阶段,我们将拥有运行计算最佳、保真度最高的量子比特。高质量量子比特是开发量子算法的关键。如果没有高质量量子比特,相同的计算每次都会产生不同的结果。因此,对于在量子计算机上运行计算的人来说,质量是至关重要的。

不同的公司和组织通过多种方式形成量子比特。当其他的方法使用人造的微结构来形成一个量子比特时,我们采用一种叫做囚禁离子的方法。囚禁离子提供我们的是一个非常高质量的量子比特。我们使用镱原子(元素周期表中的Yb)在我们量子计算机中进行操作。因为每一个原子都是相同的,本质上是由原子结构定义的,与不直接使用原子的替代系统相比,我们的系统可以更容易和更快速地均匀形成和控制。

这就是为什么我们在系统中使用"自然量子比特"这一术语——我们的量子比特都是相同的,我们可以成功地利用它们的自然属性。与其他具有特定锁定量子比特的系统相比,我们可以移动离子,从而可以任意地将任何量子比特与任何其他量子比特相连接。与其他系统的锁定体系结构相比,这使您能够以更少的计算步骤执行更复杂的算法。

另外

为什么

霍尼韦尔能做到??

在霍尼韦尔内部,我们在众多学科和技术上具有几乎无与伦比的能力,包括最先进的硬件和软件控制系统、先进电子、光学和光子学方面的专家,这些领域主要包括激光、调制器、光纤、超高真空环境和低温学。

因此,霍尼韦尔已经成为构建和操作量子计算机所需的大部分组件的专家。我们发挥了自己的专长,同时解决跨霍尼韦尔的各种业务的实际问题。我们的技术开发受到现实应用和制约因素的影响,我们的解决方案在良性循环中得到反馈。

量子计算的核心是一个控制问题。我们是世界领先的控制公司。量子计算是霍尼韦尔跨多个技术学科专长的自然延伸。

由此

哪些行业

将从量子计算中受益??

预计许多行业将从量子计算中受益。我们相信化学、材料和药物将是受益第一行业,因为他们可以从具有少量量子比特的量子计算机中获得深刻见解。例如,如果一家制药公司能够缩短开发周期,就有可能节省数十亿美元。随着量子比特计数的增加和算法的进步,我们预计人工智能和机器学习应用程序将会促进其他行业的发展。

然而,现在还为时尚早。传统计算机已经存在了六十年甚至更久,我们之前无法预测到它们最终会拥有今天所拥有的功能。随着时间的推移,我们期望量子计算机能够解决更复杂的问题。未来几年的量子计算机将提供一个开发量子算法的试验台。现在我们来看看如何充分利用量子计算的算法。

最后

霍尼韦尔能提供什么??

我们的目标是帮助客户准备并从量子计算中获取价值。我们的专家已经可以为受到量子计算深刻影响的公司和组织提供急需的咨询、实验设计、工程和开发支持。在2019年底之前,我们希望有一个人们可以用来测试他们算法的系统。我们为研究人员、公司和物理学家提供了一个试验台,以便更好地理解量子系统,探索技术发展,并确保他们能从量子计算中获得最大收益。

我们相信,量子计算最终将对所有多产业公司产生重大影响。当这种情况发生时,这些公司将需要考虑如何应对技术带来的业务变化。我们的方法是影响量子计算的发展,为霍尼韦尔和我们的客户创造机会。

标签:霍尼韦尔 我要反馈
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