大家论坛

 找回密码
 注册
查看: 545|回复: 2

[经济学人] [2007.02.17]Quantum computing :Orion's belter

[复制链接]

239

主题

8324

帖子

3万

金币

大家网博士后

Rank: 22Rank: 22Rank: 22Rank: 22

积分
20592
发表于 2010-4-29 02:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
Quantum computing
量子运算处理


Orion's belter
“猎人”地带


Feb 15th 2007 | VANCOUVER
From The Economist print edition




The world's first practical quantum computer is unveiled
全球首台实用级量子计算机公诸于众


AS CALIFORNIA is to the United States, so British Columbia is to Canada. Both are about as far south-west as you can go on their respective mainlands. Both have high-tech aspirations. And, although the Fraser Valley does not yet have quite the cachet of Silicon Valley, it may be about to steal a march on its southern neighbour. For, on February 13th, D-Wave Systems, a firm based in Burnaby, near Vancouver, announced the existence of the world's first practical quantum computer.
加拿大的卑斯省(British Columbia)很类似于美国的加利福尼亚州(California)。它们同处在各自大陆的最西南边,而且都对高科技充满热望。尽管还不像硅谷(Silicon Valley)那般赫赫有名,但菲里莎谷(Fraser Valley)现在却可能要抢先一步了。递波系统(D-Wave Systems)公司位于范库弗峰(Vancouver)附近的新威斯敏斯特(Burnaby)。2月13日该公司宣布了全球首台实用级量子计算机的问世。

On paper at least, quantum computers promise to reduce dramatically the time needed to solve a range of mathematical tasks known as NP-complete problems. One famous example is the travelling salesman problem—finding the shortest route between several cities. This is a puzzle that increases exponentially in complexity with the number of cities considered. The reason is that every possible permutation needs to be looked at in order to find the best.
至少从理论上来讲,量子计算机将可以大大减少解决NP完全问题的时间。所谓NP完全问题就是指一类数学难题。其中一个著名的例子就是推销员旅行问题:找出几个城市之间的最短路线。随着所考虑的城市数量的增加,这个难题的难度将呈指数式增加。其原因就在于为了找到最好的路线,每一种可能的排列都需要被注意到。

Quantum computers provide a neat shortcut to solving such problems. They do so by encoding all possible permutations in the form of a small number of “qubits”. In a normal computer, bits of digital information are either 0 or 1. In a quantum computer these normal bits are replaced by a “superposition” (the qubit) of both 0 and 1 that is unique to the ambiguous world of quantum mechanics. Qubits have already been created in the laboratory using photons (the particles of which light is composed), ions and certain sorts of atomic nuclei. By a process known as entanglement, two qubits can encode four different values simultaneously (00, 01, 10 and 11). Four qubits can represent 16 values, and so on. That means huge calculations can be done using a manageable number of qubits. In principle, by putting a set of entangled qubits into a suitably tuned magnetic field, the optimal solution to a given NP-complete problem can be found in one shot
量子计算机为解决诸如此类的问题提供了极好的捷径。解决之道在于将所有可能的排列编译为少数的量子位。在普通的计算机中,数字信息的比特不是1就是0。在量子计算机中,这些常规的比特则被0和1的迭加(即量子位)所替代。而0和1在量子力学不确定的世界里是很特别的。通过使用光量子(组成光的微粒)、离子和几种确定的原子核,量子位已经在实验室中被创造出来。经过一个名为纠缠的过程,两个量子可以同时编译成四组不同的数值(00,01,10,11)。四个量子可以代表16个值,依此类推。这就意味着巨大的计算可以通过有限的量子数目来完成。基本上,通过将一组纠缠的量子放置于一适宜调谐的磁场中,那么给定的NP完全问题的最佳解决方案就可以立马搞定。
.
The end of the beginning
继往开来


D-Wave Systems chose two very practical problems to demonstrate its 16-qubit processor, which it has called Orion. One was a pattern-matching application for searching through a database of molecules—the sort of task that a drug company looking for the key to a particular molecular lock in a disease-causing protein might want to do routinely. The other was a scheduling application for assigning people to seats, subject to certain constraints. Airlines might be interested in that one.
递波系统公司用两个非常实际的问题来演示16量子比特的处理器,该处理器被命名为猎人(Orion)。任务一是搜索分子数据库的模式匹配应用。病变蛋白质中会缺失某种特定分子,而致力于寻找此问题解决之道的公司会时不时地应用任务一。任务二是根据某种限定,安排人就座的时序排列问题应用。航空公司应该对此很感兴趣。

The catch is that Orion is not exactly desktop friendly. It has to sit in a bath of liquid helium cooled to just a fraction of a degree above absolute zero (-273°C) in order to work. This is because it relies on a superconducting device called a Josephson junction to produce the qubits, in the form of specially tweaked electrons that are stable only at such low temperatures.
对“猎人”而言,有个挠头的问题就是桌面不是那么友好。为了能够运行,“猎人”不得不被放置在有液态氦溶液中,里面的温度只比绝对零度(-273°C)高一点点。这是因为它依赖于一个名为约瑟夫森结的超导装置产生量子比特,这种被特别扭曲的电子只有在低温下才稳定。

Impractical as this may sound, Geordie Rose, D-Wave's founder, is optimistic that it is the best way forward for quantum computing. Other techniques involve huge lumps of machinery, but Josephson junctions can be made using the sort of microfabrication technology employed for normal silicon chips. This means there is a realistic prospect of integrating quantum computers with conventional ones. Dr Rose favours this route, because he sees quantum computers as specialised accelerators for certain tasks, rather than stand-alone number crunchers.
尽管这听起来有点不切实际,但递波的创始人基尼罗斯仍很乐观地表示:这是通向量子运算处理的最佳道路。其他技术都需要一堆巨大的机械装置,而约瑟夫森结则可以通过运用利用普通硅芯片的微型装配技术得到。这就意味着常规电脑同量子计算机整合的前景有了可实现性。罗斯之所以热衷于这条道路,那是因为他把量子计算机看作是解决某些个特定任务的专业加速器,而非独立的数字处理器。

Shrink-wrapped quantum computers labelled “Orion inside” are not, therefore, about to start shipping anytime soon. Quantum computing will be strictly mainframe for the foreseeable future. Nevertheless Dr Rose plans later this year to provide free, remote access to an Orion processor so that potential customers can try running their problems on it and evaluate its performance.
说被热缩塑料包包装、贴有“Orion inside”的量子计算机正式亮像还为时尚早。确切地说,量子运算处理在可预见的未来将会是台大型机。不过罗斯计划在今年晚些时候就免费开放对“猎人”处理器的远程访问,这样潜在客户就可以尝试着在“猎人”上运行他们的难题并对它的表现进行评估了。

Whether D-Wave will do for southern British Columbia what Fairchild Semiconductor—the firm that made the first commercial integrated circuits—did for central California 50 years ago remains to be seen. The aspiration, however, was betrayed by D-Wave's choice of the Computer History Museum in Mountain View, near Fairchild's original home, to demonstrate Orion's potential. Come back in half a century to find out what happened.
仙童半导体公司(Fairchild Semiconductor)50年前为加利福尼亚中部地区制作出的第一个商业整合电路今天依然可见,不知递波公司会给卑斯省南部带来什么。递波选择了山景城的计算机历史博物馆,此地距仙童总公司原所在地不远,这使得递波的雄心昭然若揭,也证实了“猎人”的潜力。让我们回转到50年前去寻找答案吧。
回复

使用道具 举报

269

主题

8324

帖子

3万

金币

大家网博士后

Rank: 22Rank: 22Rank: 22Rank: 22

积分
20597
发表于 2010-4-29 03:25 | 显示全部楼层
加拿大公司D-Wave Systems今天向公众展示了世界上第一台量子计算机。公司官员是在美国加利福尼亚的一家计算机历史博物馆向人们展示量子计算机的,该计算机可以运行当前的商用程序,工作人员还展示了该产品如何解决传统数字计算机无法解决的难题。  尽管展示是在一个计算机博物馆举行,但是真正的硬件设备仍然放置在Burnaby BC,并且通过液氦冷却在距绝对零度仅0.005度,也就是零下273.145摄氏度下。这个温度比外太空的温度还要低。
  量子计算机主要根据量子法则进行计算,这些法则是一切物质和能量之下的基础,通过它们可以加速计算的运行。据悉,一旦其中的一些简单的法则在计算领域得到充分应用,那么量子计算机的能力将轻而易举地超越任何已知的传统计算机。不过D-Wave公司发言人表示,目前的量子计算机只是传统计算机的一个补充,将大幅增强现有计算设备的能力,而不是彻底取代它们。

Orion量子计算机

  为了实现量子计算机的商用化,D-Wave公司使用了与半导体行业相类似的制作工艺和架构。D-Wave展示的这台量子计算机代号为“Orion”,基于一块包含有16个量子比特(quantum bits或者叫qubits)的硅芯片制造,可以实现二进制数字的运算。D-Wave公司说目前这台量子计算机是可扩展的,通过增加额外的量子可以实现计算能力的大幅提升。公司预计在今年年底增加到32个量子比特,而在2008年集成1024个量子比特。

用于将量子计算机冷却在5K温度下的散热装置


集成了16个量子比特的计算机

  D-Wave的量子计算机是一个突破,它将帮助人们解决目前数字计算机无法解决的一些棘手问题。人们将从更多的应用程序和增强的性能中受益。”D-Wave公司的CEO Herb Martin表示。
  量子计算机可以解决诸如“NP-complete”这样的难题。如果用传统计算机来解决这些问题,由于涉及的数据太复杂、变量太多,因此在可行的时间内是无法得到正确结果的。这些计算需求常常出现在生命科学研究、生物化学、物流统筹、参数数据库搜索以及海量金融计算中。举例来说,要模拟一个纳米级的结构,如药物的一个分子,用传统电脑就会遇到很大麻烦。要处理这个分子的薛定谔方程,每增加一个电子,计算量和难度就会翻一番,呈现出指数级增长的爆炸性反应,因此传统计算机只能处理30个电子以下的系统。而实际上一个简单的咖啡因分子就拥有100多个电子,那么处理这个分子的难度将是一个30电子系统的10^50(十的五十次方)倍,即使采用高端的超级计算机也会很慢。
  量子计算机处理薛定谔方程的难度只是线性递增而非指数递增,因此即使是最小的量子计算机,其计算能力也将大大超过当前的超级计算机。
  “在今天一些只能给出模糊答案的应用中,量子计算机可以给出精确的结果,这将催生更多更广阔的的计算机应用。”尽管量子计算机的前景十分广阔,但是D-Wave仍然没有透露这种计算机何时才能上市。要了解更多关于量子计算机的信息,您可以点击这里访问D-Wave创始人之一及该公司CTO Geordie Rose的个人博客
回复 支持 反对

使用道具 举报

186

主题

8209

帖子

3万

金币

大家网博士后

Rank: 22Rank: 22Rank: 22Rank: 22

积分
20481
发表于 2010-4-29 04:05 | 显示全部楼层
科研水平的拔高式提升最终还得归功于硬件水平的提高啊
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则



诚聘英才|移动端|Archiver|版权声明|大家论坛 ( 京ICP备06071611号,京公网安备11010802018363号 )

GMT+8, 2020-11-26 20:36 , Processed in 0.198813 second(s), 7 queries , Redis On.

Powered by Discuz!

© Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表