В настоящее время крупнейшие страны мира ведут ожесточенную конкуренцию в области квантовых компьютеров, и Китай добился важных инноваций в этой области. Среди них наиболее примечательным является новый виток прорывов Китая в области квантовых вычислений: новейший китайский квантовый компьютер «Wukong», который будет оснащен 72-битным сверхпроводящим квантовым процессором, обладает более высокой вычислительной мощностью, чем традиционные компьютеры.
В этой статье будут представлены концепция, преимущества, состав, области применения квантовых компьютеров, история развития Китая и его лидирующие позиции в области квантовых вычислений.
Что такое квантовые компьютеры?
Квантовый компьютер — это новый тип вычислительной техники. По сравнению с традиционными компьютерами он имеет множество преимуществ. Он может за короткое время выполнять некоторые вычислительные задачи, которые являются сложными для традиционных компьютеров, такие как моделирование сложных квантовых явлений и расшифровка кодов.
Преимущества квантовых компьютеров
По сравнению с традиционными компьютерами, квантовые компьютеры могут выполнять большое количество вычислительных задач на основе интерференции, поскольку квантовые биты (кубиты) обладают характеристиками суперпозиции и запутанности. Таким образом, квантовые компьютеры могут выполнять больше вычислительных задач за более короткий промежуток времени и имеют более высокую скорость вычислений и более мощную вычислительную мощность, чем традиционные компьютеры.
В частности, квантовые компьютеры могут достигать вычислительных возможностей, превосходящих классические компьютеры, благодаря двум характеристикам: «квантовому параллелизму» и «квантовой запутанности». Среди них «квантовый параллелизм» может одновременно обрабатывать несколько вычислительных задач, а «квантовая запутанность» может реализовывать глобальные вычислительные задачи, благодаря чему квантовые компьютеры могут выполнять большое количество вычислительных задач за короткое время.
История развития квантового компьютера в Китае
В 2017 году китайский ученый Ван Цзянхун и другие успешно реализовали квантовую коммуникацию в космосе, что стало первым в мире экспериментом по квантовой коммуникации в космосе.
В 2018 году Китай успешно запустил спутник «Мицюс» для проведения квантовых научных экспериментов, что открыло новую эру квантовой связи.
В 2022 году Китай успешно выпустил первый в мире прототип квантового компьютера — «Девять глав». Устройство достигло мирового уровня и может выполнять 33-битные квантовые вычисления. В начале июня 2023 года исследовательская группа Китайского университета науки и технологий на основе прототипа оптического квантового компьютера «Девять глав» завершила решение двух типов задач теории графов: «Плотный подграф» и «Макс-Хаф». По сравнению с самым быстрым в мире суперкомпьютером, он точно моделирует тот же эксперимент примерно в 180 миллионов раз быстрее, используя современные классические алгоритмы.
В 2023 году Китай выпустил новейший квантовый компьютер «Wukong». Он оснащен 72-битным сверхпроводящим квантовым процессором и в настоящее время является одним из самых передовых квантовых компьютеров. Сообщается, что он превзойдет вычислительную мощность классических компьютеров и имеет широкие перспективы применения. Его выпуск будет способствовать дальнейшему развитию Китая в области квантовых вычислений, а также обеспечит лучшую поддержку и гарантию для технологических инноваций Китая в глобальном масштабе.
Сверхпроводящий квантовый компьютер
Сверхпроводящий квантовый компьютер — это физическая система квантовых вычислений, основанная на сверхпроводящих джозефсоновских переходах. Существует множество физических схем реализации квантовых вычислений, среди которых сверхпроводящие квантовые вычисления на основе сверхпроводящих схем в настоящее время являются наиболее быстроразвивающимися и находятся на переднем крае индустриализации.
С развитием технологий сверхпроводящие квантовые вычисления могут изначально удовлетворить требования к квантовым компьютерам; в то же время масштаб и производительность сверхпроводящих квантовых чипов также начали вступать в эру среднеразмерных квантовых технологий с шумом.
Состав сверхпроводящего квантового компьютера
Если взять за пример оригинальный квантовый компьютер, то его модель WY-SC24-100 сверхпроводящий квантовый компьютер включает в себя 24-разрядную сверхпроводящую квантовую микросхему, систему измерения и управления квантовыми вычислениями, операционную систему квантового компьютера, систему поддержки квантовой вычислительной среды и другие компоненты.
Квантовая чип-система
Сверхпроводящая квантовая чип-система на базе сверхпроводящего квантового процессора Kuafu KF-C24-100 является вычислительным ядром квантового компьютера, который может реализовывать выполнение квантовых программ.
Система измерения и управления квантовым компьютером
Система измерения и управления квантовым компьютером — это система управления квантовым компьютером, которая используется для управления работой квантового чипа.
Система поддержки квантовой вычислительной среды
Включая систему охлаждения с ультранизкой температурой и систему активного подавления вибраций хоста квантового компьютера, она обеспечивает рабочую среду, гарантирующую стабильную работу квантового компьютера.
Операционная система квантового компьютера
Первая отечественная операционная система для квантовых компьютеров, независимо разработанная Benyuan Quantum, «Benyuan Sinan», обеспечивает фундаментальную основу для программных систем квантовых вычислений для квантовых компьютеров и обладает такими функциями, как параллельное выполнение нескольких задач квантовых вычислений, автоматическая калибровка квантовых чипов и эффективное управление квантовыми ресурсами.
Применение квантовых компьютеров
Благодаря своей революционной вычислительной мощности квантовые компьютеры будут играть важную роль в биомедицине, больших данных, искусственном интеллекте, финансовых технологиях и других областях и, вероятно, коренным образом изменят модель развития этих областей.
Инженерное проектирование
Квантовые вычисления могут повысить эффективность вычислений в области инженерного проектирования.
Биохимия
Параллельный характер квантовых компьютеров может ускорить развитие в таких областях, как химическое моделирование, расчет материалов и разработка лекарственных препаратов.
Большие данные
Экспоненциальная вычислительная эффективность, обеспечиваемая квантовыми компьютерами, может повысить скорость анализа больших данных.
Финансовые технологии
Благодаря параллелизму квантовых вычислений, они могут применяться для обработки больших объемов данных, высокочастотной торговли и сложных рыночных ситуаций в финансовой индустрии.
Искусственный интеллект
Использование квантовых компьютеров позволяет более эффективно анализировать большие данные, сократить время обучения машин искусственного интеллекта и ускорить развитие искусственного интеллекта.
В заключение
С развитием технологии квантовых вычислений ведущие страны мира активно исследуют и изучают перспективы ее применения, а также содействуют развитию этой области. Особое внимание привлекают важные инновации Китая в области квантовых вычислений. Страна обогнала многие традиционные державы и становится мировым лидером в области квантовых вычислений.
Конкуренция в области квантовых вычислений также становится все более жесткой. В настоящее время преимущества и доминирующее положение Китая в этой области привлекли внимание США и других стран, и Китай также столкнется с давлением международной конкуренции. В будущем нам необходимо продолжать укреплять технологические инновации и оптимизацию производственной цепочки Китая в области квантовых вычислений, а также повышать международный статус и влияние Китая в этой области.
