利用怪异规则的计算机量子力学可能很快使用现有技术解决了无法解决的问题。当今的机器还远没有实现这一目标,但是量子计算自成立以来,已经取得了巨大的进步。
量子计算已经从不到半个世纪的数十亿美元的学术好奇心变成了数十亿美元的行业,并且没有停止的迹象。这是该旅程中最重要的12个里程碑。
1980年:量子计算机诞生
到1970年代,科学家已经开始思考量子力学和信息理论的新领域之间的潜在跨界。但这是美国物理学家保罗·贝尼奥夫(Paul Benioff)当他出版第一个想法时,他都结晶了许多想法描述量子计算机。他提出了一个“图灵机”的量子版本,这是一个由英国著名计算机科学家艾伦·图灵(Alan Turing)设计的计算机的理论模型,该模型能够实施任何算法。通过证明可以使用量子力学方程来描述这种设备,Benioff为新的量子计算领域奠定了基础。
1981年:理查德·费曼(Richard Feynman)普及了量子计算
贝尼奥夫和传奇物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)第一次就量子计算进行了谈判计算会议的物理1981年。费曼主题演讲是关于使用计算机模拟物理学的主题。他指出,由于物理世界本质上是量子的,因此对其进行了模拟,需要根据量子力学规则类似地操作的计算机。他介绍了“量子模拟器”的概念,该概念无法实现像图灵机这样的任何程序,但可用于模拟量子机械现象。这次演讲通常被认为是启动量子计算作为纪律的兴趣。
1985年:“通用量子计算机”
计算机科学中的基础概念之一是通用图灵机器的概念。由1936年的同名引入,这是一种特殊的Turing机器,可以模拟任何其他Turing机器的行为,从而可以解决任何可计算的问题。然而,大卫德语,量子计算理论的教授,指出1985年的论文因为图灵描述的通用计算机依赖于经典物理,所以它将无法模拟量子计算机。他使用量子力学重新制定了图灵的工作,以设计一台“通用量子计算机”,该计算机能够模拟任何物理过程。
1994:量子计算机的第一个杀手用例
尽管量子计算机具有理论上的希望,但研究人员尚未找到对该技术的明确应用。美国数学家彼得·谢尔当他引入一种量子算法时,他成为第一个这样做的人,该算法可以有效地分解大量。分解是找到可以组合以创建较大数字的最小数字集的过程。对于大数量而言,这个过程变得越来越困难,并且是许多人的基础领先的加密方案。 Shor的算法可以比古典计算机更快地解决这些问题,这引起了人们对量子计算机可用于破解现代加密的担忧,并激发了量词后加密摄影的发展。
1996年:量子计算进行搜索
不久,另一个有前途的应用程序就会出现。贝尔实验室计算机科学家Lov Grover 建议的一种用于非结构化搜索的量子算法,它是指没有明显组织系统的数据库中的信息。这就像在干草堆中寻找众所周知的针,是计算机科学中的一个常见问题,但是当面对大量数据时,即使是最好的经典搜索算法也可能很慢。众所周知,Grover算法利用了叠加的量子现象,以极大地加快搜索过程。
1998:量子算法的第一次演示
在黑板上梦见量子算法是一回事,但实际上在硬件上实现它们已被证明要困难得多。 1998年,由IBM研究人员领导的团队艾萨克·钟当他们取得突破显示他们可以在带有两个量子位的计算机上运行Grover的算法 - 相当于位的量子。仅仅三年后,Chuang也带领第一个实施Shor在量子硬件上的算法,使用七倍处理器考虑数字15。
1999:超导量子计算机的诞生
量子计算机的基本构建块,称为Qubits,可以在各种不同的物理系统上实现。但是在1999年,日本技术公司NEC的物理学家击中了一种方法,该方法将继续成为当今量子计算的最受欢迎的方法。在纸本质,他们表明他们可以使用超导电路来创建Qubit,并且可以通过电子方式控制这些量子。现在,包括Google和IBM在内的许多领先的量子计算公司都使用了超导量子位。
2011年:第一台商业量子计算机发布
尽管取得了很大进展,但量子计算仍然主要是一门学科。这发射在2011年5月,加拿大公司D-Wave的第一台市售量子计算机中,量子计算行业的开始。这家初创企业的D-Wave One具有128个超导Qubits,成本约为1000万美元。但是,该设备不是通用量子计算机。它使用一种称为量子退火的方法来解决特定的优化问题,与经典方法相比,几乎没有证据表明它提供了任何速度提升。
2016年:IBM使量子计算机在云上可用
尽管几家大型技术公司正在内部开发通用量子计算机,但大多数学者和有抱负的量子开发人员都无法尝试该技术。 2016年5月,IBM制作了五分之一的处理器在云上可用这是第一次允许公司外部的人在其硬件上运行量子计算作业。在两周内,有17,000多人为该公司的IBM量子体验服务注册,为他们提供了许多第一次实践经验。
2019年:Google声称“量子至上”
尽管理论上有大规模“加速”的承诺,但还没有人证明量子处理器可以比经典计算机更快地解决问题。但是在2019年9月,新闻出现了Google在200秒内使用了53量Quarbits进行计算超级计算机大约10,000年才能完成。所讨论的问题没有实际用途:Google的处理器只是执行了随机操作,然后研究人员计算了在古典计算机上模拟它所需的时间。但是,结果被誉为“量子至高无上”的第一个例子,现在通常称为“量子优势”。
2022:古典算法穿刺
Google对量子至高无上的声称受到了一些角落的怀疑,尤其是来自Arch-Rival IBM,这声称加速度夸大了。中国科学院和其他机构的一群人最终表明,通过设计一个古典算法这可以在512 GPU芯片上仅15小时内模拟Google的量子操作。他们声称,有了进入世界上最大的超级计算机之一,他们本可以在几秒钟内完成。该消息提醒人们,古典计算仍然有足够的改进空间,因此量子优势可能仍然是一个移动的目标。
2023:大多数逻辑Qubits的Quera Smashes记录
当今量子计算机的最大障碍之一是,基础硬件非常容易出错。由于量子力学的怪癖,解决这些错误很棘手,长期以来,人们已经知道,要创建所谓的“逻辑量子”需要许多物理量子,这些“逻辑Qubits”免于错误并能够可靠地进行操作。去年12月,哈佛研究人员与初创公司Quera合作,一次产生了48个逻辑Qubits,比任何人以前的成就高出10倍。该团队能够在这些逻辑Qubit上运行算法,这标志着一个主要的里程碑在通往耐故障量子计算的道路上。