可以解决现实世界问题的量子计算机有多大

majer @ 2022.01.27 , 20:41

可以解决现实世界问题的量子计算机有多大

英国和荷兰的研究人员使用两个不同的量子问题——破解数字货币比特币的加密，以及模拟负责生物固氮的分子——来估计实际量子计算机的大小。

在 AVS Quantum Science 中，研究人员描述了他们创建的一种工具，用于确定量子计算机解决此类问题需要多大和多长时间。

“该领域的大部分现有工作都集中在特定硬件、超导设备上，例如 IBM 和 Google 正在努力开发的那种设备，”苏塞克斯大学的 Mark Weber 说。 “不同的硬件平台在关键硬件规格上可能会有很大差异，例如计算速度和对量子比特 (qubits) 的控制质量。”

许多最有前途的量子优势用例都需要纠错量子计算机。纠错可以通过补偿量子计算机内部的固有错误来运行更长的算法量子计算机对比特币的影响，但它是以更多物理量子比特为代价的。

从空气中提取氮来制造用于肥料的氨是非常耗能的，改进这一工艺可以缓解世界粮食和气候危机。相关分子的模拟目前甚至超出了世界上最快的超级计算机的能力，但应该在下一代量子计算机的能力范围内。

“我们的工具会根据关键硬件规格自动计算纠错开销。为了让量子算法运行得更快，我们可以通过添加更多物理量子位来并行执行更多操作。我们根据需要引入额外的量子位来实现所需的运行时间，这在很大程度上取决于物理硬件级别的操作速率。”

大多数量子计算硬件平台只能与彼此相邻的量子位直接交互。在其他平台中，例如一些捕获离子设计，量子位不在固定位置量子计算机对比特币的影响，而是可以物理移动——这意味着每个量子位可以直接与大量其他量子位相互作用。

“我们探索了如何最好地利用这种能力来连接遥远的量子位，以用更少的量子位在更短的时间内解决问题。我们必须继续调整纠错策略以利用底层硬件这使我们能够解决远- 使用比以前假设的更小的量子计算机解决问题。”

与经典计算机相比，量子计算机破解许多加密技术的能力呈指数级增长。世界上大多数安全通信都使用 RSA 加密。 RSA加密和比特币使用的椭圆曲线数字签名算法有朝一日会受到量子计算的攻击，但今天，即使是最大的超级计算机也永远不会构成严重威胁。

“当今最先进的量子计算机只有 50-100 个量子比特，而我们估计需要 30-3 亿个物理量子比特，这表明比特币目前应该被认为是安全的，不受量子攻击，但是这种设备大小通常被认为是可以实现的，未来的进步可能会进一步降低要求。比特币网络可以执行量子安全加密的“硬分叉”，但这可能会由于内存需求增加而导致网络受损扩展问题。”

研究人员强调了量子算法和纠错协议的改进速度。

“四年前，我们估计捕获离子设备需要 10 亿个物理量子比特来破解 RSA 加密，这需要 100 x 100 平方米的空间，”Weber 说。 “现在，经过全面的改进，这可能会缩小到只有2.5 x 2.5平方米的面积。”

大规模纠错量子计算机应该能够解决经典计算机无法解决的重要问题。

“模拟分子可应用于能源效率、电池、改进催化剂、新材料和新药物的开发。进一步的量子应用包括金融、大数据分析、飞机设计流体和物流优化。”

奖励

支付宝奖励[x]

像一个（8)