利用怪異規則的計算機量子力學可能很快使用現有技術解決了無法解決的問題。當今的機器還遠沒有實現這一目標,但是量子計算自成立以來,已經取得了巨大的進步。
量子計算已經從不到半個世紀的數十億美元的學術好奇心變成了數十億美元的行業,並且沒有停止的跡象。這是該旅程中最重要的12個里程碑。
1980年:量子計算機誕生
到1970年代,科學家已經開始思考量子力學和信息理論的新領域之間的潛在跨界。但這是美國物理學家保羅·貝尼奧夫(Paul Benioff)當他出版第一個想法時,他都結晶了許多想法描述量子計算機。他提出了一個“圖靈機”的量子版本,這是一個由英國著名計算機科學家艾倫·圖靈(Alan Turing)設計的計算機的理論模型,該模型能夠實施任何算法。通過證明可以使用量子力學方程來描述這種設備,Benioff為新的量子計算領域奠定了基礎。
1981年:理查德·費曼(Richard Feynman)普及了量子計算
貝尼奧夫和傳奇物理學家理查德·費曼(Richard Feynman)第一次就量子計算進行了談判計算會議的物理1981年。費曼主題演講是關於使用計算機模擬物理學的主題。他指出,由於物理世界本質上是量子的,因此對其進行了模擬,需要根據量子力學規則類似地操作的計算機。他介紹了“量子模擬器”的概念,該概念無法實現像圖靈機這樣的任何程序,但可用於模擬量子機械現象。這次演講通常被認為是啟動量子計算作為紀律的興趣。
1985年:“通用量子計算機”
計算機科學中的基礎概念之一是通用圖靈機器的概念。由1936年的同名引入,這是一種特殊的Turing機器,可以模擬任何其他Turing機器的行為,從而可以解決任何可計算的問題。然而,大衛德語,量子計算理論的教授,指出1985年的論文因為圖靈描述的通用計算機依賴於經典物理,所以它將無法模擬量子計算機。他使用量子力學重新制定了圖靈的工作,以設計一台“通用量子計算機”,該計算機能夠模擬任何物理過程。
1994:量子計算機的第一個殺手用例
儘管量子計算機具有理論上的希望,但研究人員尚未找到對該技術的明確應用。美國數學家彼得·謝爾當他引入一種量子算法時,他成為第一個這樣做的人,該算法可以有效地分解大量。分解是找到可以組合以創建較大數字的最小數字集的過程。對於大數量而言,這個過程變得越來越困難,並且是許多人的基礎領先的加密方案。 Shor的算法可以比古典計算機更快地解決這些問題,這引起了人們對量子計算機可用於破解現代加密的擔憂,並激發了量詞後加密攝影的發展。
1996年:量子計算進行搜索
不久,另一個有前途的應用程序就會出現。貝爾實驗室計算機科學家Lov Grover 建議的一種用於非結構化搜索的量子算法,它是指沒有明顯組織系統的數據庫中的信息。這就像在乾草堆中尋找眾所周知的針,是計算機科學中的一個常見問題,但是當面對大量數據時,即使是最好的經典搜索算法也可能很慢。眾所周知,Grover算法利用了疊加的量子現象,以極大地加快搜索過程。
1998:量子算法的第一次演示
在黑板上夢見量子算法是一回事,但實際上在硬件上實現它們已被證明要困難得多。 1998年,由IBM研究人員領導的團隊艾薩克·鐘當他們取得突破顯示他們可以在帶有兩個量子位的計算機上運行Grover的算法 - 相當於位的量子。僅僅三年後,Chuang也帶領第一個實施Shor在量子硬件上的算法,使用七倍處理器考慮數字15。
1999:超導量子計算機的誕生
量子計算機的基本構建塊,稱為Qubits,可以在各種不同的物理系統上實現。但是在1999年,日本技術公司NEC的物理學家擊中了一種方法,該方法將繼續成為當今量子計算的最受歡迎的方法。在紙本質,他們表明他們可以使用超導電路來創建Qubit,並且可以通過電子方式控制這些量子。現在,包括Google和IBM在內的許多領先的量子計算公司都使用了超導量子位。
2011年:第一台商業量子計算機發布
儘管取得了很大進展,但量子計算仍然主要是一門學科。這發射在2011年5月,加拿大公司D-Wave的第一台市售量子計算機中,量子計算行業的開始。這家初創企業的D-Wave One具有128個超導Qubits,成本約為1000萬美元。但是,該設備不是通用量子計算機。它使用一種稱為量子退火的方法來解決特定的優化問題,與經典方法相比,幾乎沒有證據表明它提供了任何速度提升。
2016年:IBM使量子計算機在雲上可用
儘管幾家大型技術公司正在內部開發通用量子計算機,但大多數學者和有抱負的量子開發人員都無法嘗試該技術。 2016年5月,IBM製作了五分之一的處理器在雲上可用這是第一次允許公司外部的人在其硬件上運行量子計算作業。在兩週內,有17,000多人為該公司的IBM量子體驗服務註冊,為他們提供了許多第一次實踐經驗。
2019年:Google聲稱“量子至上”
儘管理論上有大規模“加速”的承諾,但還沒有人證明量子處理器可以比經典計算機更快地解決問題。但是在2019年9月,新聞出現了Google在200秒內使用了53量Quarbits進行計算超級計算機大約10,000年才能完成。所討論的問題沒有實際用途:Google的處理器只是執行了隨機操作,然後研究人員計算了在古典計算機上模擬它所需的時間。但是,結果被譽為“量子至高無上”的第一個例子,現在通常稱為“量子優勢”。
2022:古典算法穿刺
Google對量子至高無上的聲稱受到了一些角落的懷疑,尤其是來自Arch-Rival IBM,這聲稱加速度誇大了。中國科學院和其他機構的一群人最終表明,通過設計一個古典算法這可以在512 GPU芯片上僅15小時內模擬Google的量子操作。他們聲稱,有了進入世界上最大的超級計算機之一,他們本可以在幾秒鐘內完成。該消息提醒人們,古典計算仍然有足夠的改進空間,因此量子優勢可能仍然是一個移動的目標。
2023:大多數邏輯Qubits的Quera Smashes記錄
當今量子計算機的最大障礙之一是,基礎硬件非常容易出錯。由於量子力學的怪癖,解決這些錯誤很棘手,長期以來,人們已經知道,要創建所謂的“邏輯量子”需要許多物理量子,這些“邏輯Qubits”免於錯誤並能夠可靠地進行操作。去年12月,哈佛研究人員與初創公司Quera合作,一次產生了48個邏輯Qubits,比任何人以前的成就高出10倍。該團隊能夠在這些邏輯Qubit上運行算法,這標誌著一個主要的里程碑在通往耐故障量子計算的道路上。