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第161章 量子糾錯

更新時間:2020-09-16  作者:白雨涵
穿梭奇幻的科技大亨 第161章 量子糾錯
眾所周知。

光刻機很重要,因為它可以在芯片上刻下電路,然后放置晶體管,從功能上來說,就是一個開關。結合半導體的特性,實現阻擋或允許電流通過。

這兩種不同信號,便組成了數據,即——比特。

對于傳統計算機數據來說,比特只有兩種,代表不允許電流通過的“0”,和代表允許電流通過的“1”。無數個0和1,就組成了成千上萬的數據。cpu中的制程越小,容下的比特越多,數據表達越快,運算速度自然也越快。所以芯片才不斷追求更小的納米制程,從14nm到7nm到5nm再到現在的3nm。

但到了3nm之后,幾乎就達到了物理極限了,因為再小下去,量子力學就開始凸顯,會發生一種神奇的現象——量子隧道效應。

說到這個量子隧道效應。

就要知道物理是什么科學,物理是描述物質運動規律和物質結構的學科。

譬如我們在宏觀世界描述一個人的位置,我們會用物理語言去描述他——此人在某時某地出現并以多大速度向什么方向運動,這樣就給出了這個人的確定性。

如果要用數學語言去描述,那么就是——此人在這里的概率是100,不在這里的概率是0,十分確定。

對應的修辭語言就是——此人“必然”出現在某地,和“絕無可能”出現在其它地方。

然而在微觀世界,一切都將發生變化,我們再也不能給出一個粒子的確定性描述,我們再也不能預測這個粒子出現的位置,只能預測它出現在這個位置的概率。

譬如電子在原子中的位置,我們就無法確定。

用數學語言去描述,就是——這個電子出現在這里的概率不為0,但也不為100,只是它所有位置出現的概率加起來,一定是1,表示它的確在原子中,但有可能出現任何位置。所以你再去描述電子的位置時,就不能用“必然”和“絕無可能”,而是用“一切皆有可能”。

于是,就產生了量子隧道效應。

讓一個只能跳1.9m高的人,跳過2m高的墻,那么他“必然”跳不過去,你觀察一萬次,他還是跳不過去(不考慮腎上腺素爆發的極端情況)。

然而讓一個只能跳1.9nm高的電子,跳過2nm高的墻,那么它就不再是“必然”跳不過去,而是“有一定可能”跳過去。你對這個電子觀察一萬次,總會發現有那么幾次,電子竟然跳過去了。仿佛這個電子可以在墻上打洞,然后以一定的概率鉆過去一樣。

電子是在原子中通行。

原子的大小通常在零點幾納米左右。

所以當cpu的納米制程繼續深入,達到2nm、1nm乃至更小的時候,一個晶體管可能就是幾個原子鋪在一起的大小。

量子隧道效應這時候就開始發生,明明應該擋住一個電子通過的晶體管,卻忽然擋不住了。表達0的比特,忽然變成了表達1的比特,0和1顛倒,數據表達錯誤,計算結果也會立刻發生錯誤。

這就是傳統計算機達到極限,必須轉向量子計算機的原因。

聽完一位凝聚態大牛的報告。

杜恪夾著一本筆記,跟隨人群一起離開,在他身旁的是一位頭發都快花白的年老科學家。

“插rles教授,您是量子領域的專家,參與過懸鈴木量子計算機的開發,你能介紹一下目前為止,谷歌有解決16量子位以上的量子糾錯嗎?”

插rles教授攤了攤手:“我們在53量子位基礎上,尋求更多進行量子糾錯,但是量子糾纏態非常脆弱,即便我們多次編寫糾錯碼,依然難以將所有的錯誤糾正……”

這位插rles教授,是ibm研發中心物理學家,量子密碼學三巨頭之一,現代量子信息理論的創始人之一,通信領域最高獎香農獎得主。

要如何形容他的牛叉呢,大概潘校長在他面前,立刻就從大犇降為大牛。

杜恪與插rles教授一邊向餐廳走去,一邊閑聊:“那么您認為利用分數量子霍爾效應,在一個強關聯系統中,是否可以實現對電子量子糾纏太的約束?”

“我有在你的演講中聽到這個方案,不過這是拓撲學的內容,我對此研究并不多……但這的確是我們解決量子糾纏誤差的重要途徑。”

電子有兩種自旋,自旋向上或自旋向下,那么在量子計算機中,可以用自旋向上表達“0”,自旋向下表達“1”,而量子疊加態告訴我們,一個電子可以同時處在“0”和“1”的疊加態。

這樣,我們用兩個電子糾纏在一起,就可以表達四種狀態——“00”、“01”、“10”和“11”。

如果是三個電子糾纏在一起,就能表達“000”到“111”八種狀態;如果是四個電子糾纏在一起,就能表達“0000”到“1111”十六種狀態。

以此類推,n個電子糾纏在一起,就能表達2的n次方種狀態,并對應這么多個信號。谷歌開發的懸鈴木量子計算機,就是53量子位,用53個量子比特,表達2的53次方個信息。

量子計算機不需要那么多0和1的比特去排列,只用53個量子比特搞定一切,計算能力可想而知。

當然具體運算十分復雜,在某些簡單運算中,復雜的量子糾纏態,反而沒有傳統計算機運算快。但是在保密程度上,以及對并行場景的計算中,量子計算機非常強大。

就好比傳統計算機一口一口吃飯再去計算,五十年后終于計算出來某個結果;量子計算機,一口氣把五十年的飯吃光,然后立刻給你一個計算結果。53量子位的懸鈴木量子計算機,基本已經達到超算的水準,每提升一位,計算能力都是指數級增長,秒殺超算輕輕松松。

但量子糾纏態很脆弱,容易崩潰,一旦崩潰……

就要糾錯。

量子位越多,崩潰越厲害,糾錯也就越難,這大大制約了量子計算機的發展。

和插rles教授一路聊到餐廳里,杜恪還不盡興,難得與量子通信巨頭交流,自然要多聊一會。不過很快他就發現自己的助理田瀾走了過來。

“老板,asml的總裁約您見面,他就在海邊公園附近的三只鳥餐廳等著。”

“asml總裁?”杜恪挑眉,“找我什么事?”

“他沒有說。”

杜恪想了想,說道:“那就去見一面吧。”

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