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。” 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。” 穿梭奇幻的科技大亨 第161章 量子糾錯
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