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2020年12月,一臺(tái)名為“九章”的量子原型機(jī)在安徽合肥誕生。它的外形龐大而復(fù)雜,上千個(gè)精密部件共同編織出一張光量子計(jì)算的巨網(wǎng)。
當(dāng)它啟動(dòng)時(shí),76個(gè)光子以超越人類直覺(jué)的量子態(tài)并行演化,僅用1分鐘便完成了一項(xiàng)經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)需耗時(shí)一億年的計(jì)算任務(wù)。 這一成果不僅讓中國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”的國(guó)家,更以“百億倍”的速度優(yōu)勢(shì)碾壓了美國(guó)谷歌同期的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“懸鈴木”,將“算力革命”的號(hào)角吹向世界科技舞臺(tái)的中心。
短短五個(gè)月后,另一臺(tái)名為“祖沖之號(hào)”的超導(dǎo)量子原型機(jī)橫空出世。62個(gè)量子比特在接近絕對(duì)零度的環(huán)境中精準(zhǔn)躍動(dòng),首次在二維可編程量子處理器上實(shí)現(xiàn)了“量子行走”實(shí)驗(yàn),為復(fù)雜量子模擬開(kāi)辟了新路徑。
至此,中國(guó)成為全球唯一同時(shí)在光量子與超導(dǎo)兩種技術(shù)路線上實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性的國(guó)家,改寫(xiě)了國(guó)際量子計(jì)算的競(jìng)爭(zhēng)版圖。
基于量子力學(xué)基本原理的量子計(jì)算
可能提起量子計(jì)算,很多朋友第一印象就是之前火爆全網(wǎng)的量子速讀?!?分鐘可以看完10萬(wàn)字的書(shū)”“閉著眼睛就能和書(shū)發(fā)生感應(yīng)”……對(duì)于大多數(shù)公眾而言,一目十行已經(jīng)足以驚為天人,沒(méi)想到還有更神奇的“量子波動(dòng)速讀”,真是腦洞大開(kāi)。
當(dāng)然,這只是不良培訓(xùn)機(jī)構(gòu)為了賺錢而導(dǎo)演的“鬧劇”。量子計(jì)算其實(shí)是一種基于量子力學(xué)原理的全新計(jì)算范式,它利用量子比特(Qubit)的疊加態(tài)和糾纏態(tài)特性,突破經(jīng)典計(jì)算機(jī)的算力極限,為解決復(fù)雜問(wèn)題提供指數(shù)級(jí)加速的可能。
量子計(jì)算與普通計(jì)算的核心區(qū)別在于信息處理方式的不同。普通計(jì)算基于經(jīng)典比特(0或1),通過(guò)邏輯門逐次運(yùn)算。而量子計(jì)算的核心原理基于量子力學(xué)的三大特性:疊加態(tài)、糾纏態(tài)和量子干涉。
量子比特與疊加態(tài) 經(jīng)典計(jì)算機(jī)以二進(jìn)制比特(0或1)為信息單元,而量子計(jì)算機(jī)的基本單元是量子比特(Qubit)。量子比特可處于0和1的疊加態(tài),其概率幅(α、β)允許同時(shí)處理多種可能性。例如,n個(gè)量子比特可并行操作2n種狀態(tài),實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)并行計(jì)算。
當(dāng)多個(gè)量子比特通過(guò)糾纏關(guān)聯(lián)后,其狀態(tài)會(huì)形成不可分割的整體。對(duì)其中一個(gè)比特的測(cè)量會(huì)瞬間確定其他比特狀態(tài)(愛(ài)因斯坦稱為“鬼魅般的超距作用”)。這種特性使Shor等量子算法能高效解決如大數(shù)分解等經(jīng)典難題。
量子計(jì)算通過(guò)Hadamard門、CNOT門等量子邏輯門調(diào)控量子態(tài)演化,并利用量子干涉放大正確結(jié)果的概率幅,抑制錯(cuò)誤路徑。 量子計(jì)算 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,市場(chǎng)廣闊 目前,量子計(jì)算目前已廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域,展現(xiàn)出其解決復(fù)雜問(wèn)題的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域,量子計(jì)算加速了藥物分子模擬、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)及藥物相互作用分析。
在航空航天與工程領(lǐng)域,量子計(jì)算在計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)仿真中大幅優(yōu)化飛行器和汽車設(shè)計(jì),降低了研發(fā)成本和時(shí)間。
在能源材料和人工智能領(lǐng)域,量子計(jì)算助力新型電池設(shè)計(jì)、核聚變模擬及機(jī)器學(xué)習(xí)加速,而量子加密技術(shù)則為網(wǎng)絡(luò)安全提供保障。這些應(yīng)用都標(biāo)志著量子計(jì)算從實(shí)驗(yàn)室向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵跨越,逐步成為推動(dòng)各行業(yè)變革的核心技術(shù)力量。
據(jù) Fortune business insights 數(shù)據(jù),2023年全球量子計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模為8.85億美元,2024 年預(yù)計(jì)為11.6億美元,到 2032 年有望達(dá)到126.2億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率為34.8%。
北美地區(qū)在 2023 年占據(jù)了全球市場(chǎng) 43.86% 的份額,處于領(lǐng)先地位。而隨著中國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域的投入不斷增加,技術(shù)取得顯著進(jìn)展,賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè)2025 年中國(guó)量子計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 115.6 億元,年復(fù)合增長(zhǎng)率超 30%,在全球市場(chǎng)中的份額有望逐步提高。
高速采集——量子信號(hào)有效探測(cè)和處理的基礎(chǔ)
隨著量子計(jì)算在眾多領(lǐng)域掀起變革浪潮,從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化,其性能的持續(xù)提升與應(yīng)用的不斷拓展成為關(guān)注焦點(diǎn)。而在量子計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部,有一項(xiàng)技術(shù)如同精密儀器的 “敏銳感知觸角”,對(duì)其高效穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用,那就是高速采集技術(shù)。 在量子通信系統(tǒng)中,高速采集技術(shù)通常位于接收端,作為量子信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。它負(fù)責(zé)接收來(lái)自發(fā)送端的量子信號(hào),并進(jìn)行解析和處理,以確保通信的準(zhǔn)確性和安全性,與量子信號(hào)源、量子信道等共同構(gòu)成完整的量子通信系統(tǒng)。
首先,高速采集技術(shù)是量子通信系統(tǒng)的重要組成部分,是實(shí)現(xiàn)量子信號(hào)有效探測(cè)和處理的基礎(chǔ)。在量子密鑰分發(fā)等應(yīng)用中,高速采集技術(shù)能夠確保密鑰的安全傳輸。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋機(jī)制,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的安全威脅,提高通信系統(tǒng)的安全性。
其次,高速采集技術(shù)直接影響著量子通信系統(tǒng)的通信速率、誤碼率等關(guān)鍵性能指標(biāo)。高速率、高精度的采集技術(shù)能夠提高量子信號(hào)的采集效率和準(zhǔn)確性,從而提升量子通信系統(tǒng)的整體性能,使其更具實(shí)用性和競(jìng)爭(zhēng)力。 在量子通信技術(shù)不斷發(fā)展的現(xiàn)在,邁碩電氣作為國(guó)產(chǎn)高速采集領(lǐng)域的領(lǐng)軍品牌,展現(xiàn)出了強(qiáng)大的品牌實(shí)力與技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在量子計(jì)算領(lǐng)域,我們擁有一系列適配的產(chǎn)品及技術(shù)。
我們的高速采集設(shè)備支持 PCIe/USB/RJ45/網(wǎng)口等豐富的通信接口,滿足了量子計(jì)算系統(tǒng)多樣化的連接需求,多通道同步采集功能更是契合量子信號(hào)多路并行處理的特點(diǎn),極大提高了采集效率。 我們?yōu)榱孔佑?jì)算領(lǐng)域的客戶提供從數(shù)據(jù)采集與處理,到系統(tǒng)解決方案,再到定制開(kāi)發(fā)的全方位專業(yè)技術(shù)服務(wù),涵蓋采集板卡、采集儀、核心模塊等產(chǎn)品類型。同時(shí)提供深度國(guó)產(chǎn)化定制,規(guī)避技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
憑借 40 余項(xiàng)國(guó)家技術(shù)專利軟著與 DCMM 二級(jí)數(shù)據(jù)管理認(rèn)證,邁碩構(gòu)建起了從數(shù)據(jù)采集、邊緣計(jì)算到智能分析的完整技術(shù)生態(tài),為量子計(jì)算領(lǐng)域的科研工作者以及相關(guān)企業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)可靠的技術(shù)支撐,助力量子計(jì)算技術(shù)不斷突破與發(fā)展。 量子計(jì)算 不斷突破和發(fā)展中的量子計(jì)算 展望未來(lái),量子計(jì)算有望成為重塑世界科技與經(jīng)濟(jì)格局的關(guān)鍵力量。隨著技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新,量子比特的數(shù)量和質(zhì)量將不斷提升,糾錯(cuò)技術(shù)取得更大突破,這將使量子計(jì)算機(jī)能夠處理更為復(fù)雜的任務(wù),從根本上改變各個(gè)行業(yè)的運(yùn)作模式。
在科學(xué)研究領(lǐng)域,量子計(jì)算將助力人類對(duì)宇宙奧秘的探索。無(wú)論是解析復(fù)雜的物理現(xiàn)象,還是研究生命科學(xué)中尚未攻克的難題,量子計(jì)算都將提供前所未有的計(jì)算能力,加速科學(xué)發(fā)現(xiàn)的進(jìn)程,推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)邁向新的高度。
于產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言,量子計(jì)算與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)的融合將催生更多創(chuàng)新應(yīng)用。智能交通系統(tǒng)將借助量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)高效的路徑規(guī)劃和實(shí)時(shí)調(diào)度,大幅提升交通效率;制造業(yè)能夠利用量子計(jì)算模擬優(yōu)化生產(chǎn)流程,降低成本并提高產(chǎn)品質(zhì)量。
從全球市場(chǎng)來(lái)看,量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)將愈發(fā)激烈,同時(shí)也會(huì)促使各國(guó)加強(qiáng)合作。中國(guó)憑借不斷增加的投入和顯著的技術(shù)進(jìn)展,有望在全球量子計(jì)算市場(chǎng)中占據(jù)更為重要的地位,與其他國(guó)家共同推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)的普及和應(yīng)用,讓這一前沿技術(shù)更好地造福全人類。