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游戏厅里的打鱼机原理:量子计算至关重要 但实现起来有多难?

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   近年来,量子信息学发展迅速,因其强大的能力、广泛的应用前景而被视为“决定未来的技术”。它涵盖量子计算、量子通信、量子传感等领域,由此量子技术成为了当下世界各国新兴技术竞争的焦点。

  10月7日,美国国家量子协调办公室发布《量子前沿》(Quantum Frontiers)报告,列出了八项重点聚焦的前沿方向:扩大量子技术造福社会的能力;建立量子工程学科;瞄准服务于量子技术的材料科学;通过量子模拟探索量子力学;利用量子信息技术进行精密测量;用于新应用的量子纠缠的产生和分发;表征和减少量子体系的错误率,迈向容错量子计算;通过量子信息理解宇宙。加拿大国家研究委员会指出,到2040年,量子技术将产生规模1424亿美元的产业,并提供大量就业机会和政府财政。10月6日,加拿大成立量子工业联盟(Quantum Industry Canada),旨在确保加拿大的量子创新和科研成就能够转化为加拿大的商业成功和经济繁荣。

  人们对计算能力的需求日益增长,传统计算模式面临巨大挑战,而量子计算因其远超经典计算机的计算能力而受到很大重视。关于量子计算进展的新闻也时常吸引读者的注意,例如近期的进展新闻:霍尼韦尔公司和IonQ公司接连发布量子体积更大的量子计算机,号称推出“世界最强的量子计算机”;SQC公司提出可以实现硅原子双量子比特99.99%的超高保真度。

  那么,量子计算的精髓到底是什么?除量子比特数目之外,还有哪些性能对量子计算至关重要?建造实用的量子计算机为什么如此困难?“潘之队”超导量子计算负责人朱晓波教授为大家解惑。

  本文整理自墨子沙龙“未来趋势:量子互联网”活动朱晓波教授的报告。

  大家好,非常高兴与大家分享量子计算的知识。因为在座的有许多的高中生、初中生,甚至小学生,所以,我将花更多的篇幅介绍量子计算的相关背景知识,希望通过我的报告,让大家更多的了解什么是量子计算,以及现在的量子计算前沿走到了哪一步。

  经典力学

  首先我们来回顾一下经典力学的内容。初中生或高中生,只要有过一定物理基础的人都学过牛顿力学,也就是经典力学。牛顿力学是一项伟大的发现,之后人类开始可以精确描述我们的世界,物体的运动可以被预测。比如,我们可以通过牛顿力学描述月球围绕地球的运动,以及地球围绕太阳的运动,并预测月食、日食等。人们仅仅通过牛顿力学公式和万有引力公式这样两个简单的公式,就可以把我们日常观测到的世界描述清楚了。于是,到了上个世纪初,人们开始觉得物理学已经趋于完美了,物理学家就要失业了,已经没有更多新的东西需要物理学家们去探索了。

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