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量子霸权已经实现，什么时候传统信息体系会受到巨大冲击？: 热度 4 leiyian 2019-12-3 16:29; 这个问题似乎不用问，在主张量子霸权的人士们看来，量子计算可以秒杀传统计算的方方面面，无论是计算速度，无法解决的计算难题，还是数据安全。量子霸权一旦实现，传统计算和信息系统就该淘汰了。根据谷歌的主张，量子霸权已经实现了，那么量子计算应用会什么时候大规模出现，传统计算什么时候会淘汰呢？三年？五年？十年？二十年？我们可以不讨论传统计算的全面淘汰，但可以期望第一个秒杀传统计算的应用什么时候出现。既然量子霸权已经实现了，第一个量子计算应用当然应该很快出现。它的出现，应该导致部分传统应用消失，或者能够解决一类新的，传统计算无法解决的问题。根据一般的技术投入应用速度，量子霸权应用三年怎么也应该小成，五年应该投入市场了。现在是2019年，量子霸权已经实现，我们给宽裕一点时间，到2025年，如果还没有出现实用的量子计算应用，我们是不是应该认真考虑一下，量子计算或许是个错误的概念？我们可以看看，历史上曾经发生过什么。电子计算机诞生以来，发展速度大致遵循摩尔定律，即大约每18个月，芯片上的晶体管数量增长一倍，整体计算能力也大概增长一倍。原理上，量子计算应该能提供双指数增长的潜力，摩尔定律只是单指数增长。所以量子计算应该发展更快。最先讨论过的，量子计算对传统计算的威胁，来自于Shor算法，它可以用物理的方式分解大数，从而破解传统信息安全体系。很长一段时间，Shor算法也是量子计算最热门的研究方向。2001年，实验演示了3x5的分解，也就是3个二进制位数的分解。如果遵循传统计算的摩尔定律发展，应该每18个月增加一倍分解数字的长度，到2019年，应该达到3*4096=12288二进制位的数字了，也就是已经秒杀现在的RSA1024，2048加密方案了，但实际上呢？2012年演示了11x13，也就是8二进制位。然后再没有进展。反而，在2018年美国科学院等几家科学机构的评估中，认为Shor算法挑战传统加密方案希望渺茫。我早就指出，还有博友姬杨也说明，Shor算法不可能分解真正的大数，也就是上千位的二进制数。 Shor算法神话破灭之后，量子霸权神话又出现了。虽然我认为量子计算的理论基础存在严重问题，但是我能够接受量子霸权应用的出现，只要不是产生随机数这样的可有可无的应用就行。它应该明显区别与传统的实验，可以进行抽象的计算。量子计算在全世界已经掀起巨大的热潮，量子霸权也已经实现了，投入那么多的人力物力，到2025年，还不出现一种像样的，足以威胁传统计算的应用，就实在说不过去了。; 个人分类: 量子力学|7268 次阅读|5 个评论

谷歌“量子霸权”作者报告: leiyian 2019-11-3 22:58; 谷歌“量子霸权”论文第一作者，谷歌和加州大学圣芭芭拉大学教授，John Martinis，近日在Caltech的报告： http://www.phy.pku.edu.cn/~lei/qs_caltech.mp4 视频来源： https://www.youtube.com/watch?v=FklMpRiTeTA 看过以后有一个问题：前面的LC电路就一个经典的电路，但是论文一直用量子方法分析，为什么不用经典电路方法分析呢？后面说的一个潜在应用是产生随机数，说实话，这样产生随机数太贵了。随机性也需要严格的检验，因为是通过电路产生的，电路的瑕疵会导致随机数分布偏离理论分布。用物理实验产生随机数的方法很多，至少在测量层面，放射性的随机性是经过严格验证的。; 个人分类: 量子力学|3929 次阅读|0 个评论

谷歌终于实现量子霸权了吗？: 热度 8 leiyian 2019-10-24 14:09; 2017，2018，2019年早些时候连续三年宣布之后，谷歌终于还是正式宣布实现“量子霸权”了，还找了Nature站台。内容就是上次NASA网站贴出来的。我之前已经写过一篇文章说明该“量子霸权”其实什么也没有实现：雷奕安：谷歌的“量子霸权”靠谱吗？ zhuanlan.zhihu.com 它做了一个量子模拟实验，用0.1%的保真度(即误差三个量级)实现了某种计算，连计算结果都没有，或者说明该计算有什么意义。谷歌指定现有的超级计算机按照它要求的方式模拟，说如果那样算的话需要一万年。该文章已经有耶鲁和希伯来大学的Gil Kalai教授指出是错误的，也有IBM量子计算专家指出，即使超算进行谷歌要求的计算，也根本用不了一万年，只需要几天。我早就说过量子模拟跟传统的实验无法区别：科学网-究竟什么是量子计算 - 雷奕安的博文 blog.sciencenet.cn 且不说0.1%保真度（可信度）的计算有没有意义，对于任何一个量子模拟系统，对该系统的测量（即量子计算，无论方式多么复杂），只能得到该系统自身的信息，不能用于任何别的系统。比如随便一个原子（非氢原子），其能级（或者任何其它性质）就是自然的量子模拟，到目前为止，我们原则上无法计算出该原子的能级，但是实验可以测量出来很多。实验结果当然是可靠的。谁便一个原子都是这样，不用说更复杂的系统了。虽然对大部分系统，我们采用近似的理论（比如说量子力学）就足够，但是我们的确无法完备准确地描述该系统。量子模拟就是实验，不能说采用了近似的非相对论量子力学进行分解描述，就成了量子计算。如果一定要把量子模拟实验叫做量子计算，那么“量子霸权”早就实现了，根本不需要任何人做实验证明。因为任何一个实验，或者一个物理体系，都是对自身的量子计算，都是自身所有微观量子过程的综合效应，一般来说，都很难计算，或者无法计算。量子霸权从来都存在，它就是真实的物理世界，而我们对真实物理世界的理论描述，及相关的数值计算总是不够完备。谷歌的“量子霸权”是对这一基本事实的分解论证。再举一个例子，双缝干涉实验，很容易用经典的波实现，原理也很清楚。如果做成量子实验，把波源变成一个一个的量子（光子，电子，等），大量统计之后，还是得到跟经典波一样的实验结果，原理也是一样的。只不过多了一个如何理解单个量子怎么穿过双缝的问题，虽然该理解根本不影响实验结果。要说明量子模拟不是传统实验，而是计算，就必须能计算出另外一个东西来。这个东西可以是抽象的，比如整数分解，也可以是另一个实际问题，问题是量子模拟做不到。它就是它自己，不是任何别的东西，原因我以前也说过。一个量子系统，无论是动态的还是静态的，最后就是该系统遵循薛定谔方程的解（非相对论近似理论情形），薛定谔方程是一个微分方程，其解取决于其势函数和边条件。而势函数和边条件是系统设定，不能变化，变化了就是另一个系统。一个系统的解不能用于另一个系统，虽然非常接近的系统之间有一定参考价值。已经宣布实现“量子霸权”了，却又说还没有实用价值，是不是有强行制造轰动效应的嫌疑？就像一个炼丹的，不停吹嘘他炼出的丹药可以包治百病，长生不老，然后说已经炼出来了，但是告诉你既治不了病，也不能延年，围观者会怎么看？; 个人分类: 量子力学|11890 次阅读|9 个评论

量子霸权的虚实: 热度 2 caozhengjun 2019-9-24 13:07; 量子霸权的虚实 Ø 新闻解读这两天关于 Google 率先实现量子霸权的报道不仅占据了科技版的阵地，也占据了娱乐版的阵地。最为醒目的标题是，谷歌 3 分 20 秒完成世界第一超算的万年运算。这 200 秒当真是绚丽夺目，令人浮想联翩。新霸权的诞生来得如此突兀，人们应当摆出什么样的臣服姿态来迎接霸权的任性妄为呢？是大霸不过 10 年，小霸不过5年，还是假霸不过 3 日 ( 新闻热点的平均寿命 ) ？据称 Google 这次用了 53 个量子比特，调制出来的量子态包含了 2 53 个数值对应的均衡态 ( 可能是利用了 53 次阿达玛变换 ) ，调制时间仅需 200 秒。但是经典的计算机每次只能调制出一个数值对应的电平信号，因此大约需要 1万年的时间才能调制出这么多数值对应的电平信号。经典信号是能够准确读取出来的，但是量子信号是无法准确读取出来的，每次测量只能读取出一个数值，要想读取 2 53 个数值，就需要制造远远超过 2 53 个备份。 Google 的这次实验只考虑了调制一个均衡态所需的时间，没有考虑读取出全部数值所需的时间。这样的比较显然是不公平的！ Ø 量子比特不可否认的是，量子霸权的主要霸凌对象就是经典密码算法。现代密码算法的安全性取决于现有计算机的计算能力，如果未来的计算机具有超强的计算能力，那么很多算法就会不安全了。量子计算机是利用量子力学原理，包括超态 (superposition) 的调制与测量、纠缠 (entanglement) 的调制与测量，对数据进行操作的一种装置。普通计算机处理后得到的状态是明确的，得到的数值也是明确的，检测的对象都是经典性态；量子计算机处理后得到的状态是模糊的，得到的数值是随机的，检测的对象是量子性态。如何从模糊的数据表示中提取出有用的信息呢 ? Ø 量子测量可以观测到的物理量，比如极化方向、自旋方向等，是用算符来表示的。算符的每一个特征值都存在对应的特征态 ( 特征向量 ) ，这个特征态就是系统在测量之后的状态。一个量子态可以进行多次测量吗？与经典物理中的测量不同，量子测量不是独立的，测量本身也是物理系统的一部分，测量会对系统的状态产生干扰。对一个量子态进行第一次测量，原来的量子态就坍塌 (collapse) 了，得到的是一个特征态。再做第二次测量，得到的还是这个特征态。严格说来，对一个量子态只能做一次测量，得到一个数值。 n 个量子比特可以表示由2 n 个不同的基态合成的超态，测量的结果是随机的，多达 2 n 个。注意，每一次测量只能得到一个结果，要想得到更多结果，就必须把一个量子态复制成若干份，对每一个备份进行测量。有些读者以为一次测量就能得到 2 n 个数值，这个想法是错误的。一些关于量子计算机的宣传文稿，都刻意隐瞒了这个真相！ Ø 量子纠缠量子力学发展之初，爱因斯坦等人怀疑哥本哈根学派的解释是不完备的。在持续多年的争论后， 1935 年， Einstein ， Podolsky 和 Rosen 联合署名发表了一篇论文，提出了所谓的 EPR 思想实验，用来证明哥本哈根学派所坚持的量子纠缠现象与相对论是不相容的。 EPR 思想实验涉及量子力学的数学描述和测量理论 ( 见下表 ) 。有人认为，测不准是因为还有隐参数未被人类掌握，即现有的数学描述是不完备的。 1964 年， Bell 根据隐参数理论建立了 Bell 不等式。 1981 年， Aspect 等人宣称他们所做的实验违背了 Bell 不等式，从而支持了哥本哈根学派的解释，认为量子纠缠是客观存在的。至今，所有关于量子纠缠的实验都是检验 Bell 不等式或其派生的不等式，都是间接的方法。 2011 年 9 月，《自然》杂志刊登了意大利格兰萨索国家实验室的中微子实验打破光速的报道，引起了广泛关注。 2012 年 5 月，该实验室宣称中微子超光速的结论是错误的，因为实验中有些数据线在接口处没有连接好，所以他们在实验中得到了错误的数据。总之，量子纠缠仍是一个有争议的话题。 Ø Shor 算法是真是假 1994 年 Shor 设计了两个量子算法，宣称量子计算机能够有效地分解大数、求解离散对数，此后量子计算机才成了热门话题。如何制造量子计算机？研究人员对此提出了很多方案，主要利用原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。 Shor 算法是推动量子计算机研制的主要动力。早在 2001 年， IBM 的科研小组就演示了 Shor 算法，把 15 分解成 3和5 ，但该演示中未观测到量子纠缠，招来很多非议。过去这些年关于 Shor 算法的实验结果是令人沮丧的，一些实验甚至连 Shor 算法的基本要求都没有搞清楚，有个实验只用了三个量子比特来分解整数 15 ，但三个量子比特已经无法用来表示 15 本身，又如何保证 15 真正参与了运算呢？这些实验也就是学术界的一些花絮，愚人娱己！目前，单纯从数学角度来看， Shor 算法存在两大问题。当年没有人认识到 Shor 算法的复杂性估计还得依赖于这种宏观的量子纠缠，否则，他的文章就不会匆匆放行。笔者 2008 年在布鲁塞尔自由大学 (ULB) 从事量子密码项目研究时，想出了引入更多量子寄存器的方法，用来考察 Shor 算法的复杂度。相关文章虽然上传到预印本网站，但始终未能正式发表。精通经典复杂性理论的数学家对量子概念颇为畏惧，论文自然落不到他们手里。热衷于量子霸权的“业内人士”现今还没有认识到一个基本常识 --- 算法的复杂性不仅取决于电路的大小，也取决于电路的运行次数，这些大咖当然要排除异己了。 Ø 怎样鉴定一台量子计算机 2007 年，加拿大 D-Wave 公司宣布成功研制了 16 位量子比特的量子计算机。 2011 年，该公司宣布全球首台真正商用量子计算机诞生了，它采用 128 个量子比特的处理器，理论运算速度远远超越现有的超级计算机。但它只能处理部分特定任务，市场报价高达 1000 万美金。 2013 年，该公司宣称与 NASA ， Google 合作，制造了一台有 512 个量子比特的计算机 D-Wave Two ，可以用来研究机器学习中的某些问题，探究蛋白质的结构等。 D-Wave 公司生产的机器不能运行 Shor 算法，无法满足人们的预期，招致了很多非议。许多人质疑 D-Wave 的量子计算机没有观察到量子纠缠，而量子纠缠是众多量子算法的理论基础。 Vazirani 教授 ( 量子复杂性理论的奠基人之一 ) 指出：“所谓的加速性能是不切实际的，他们误读了我和同事合作的一篇论文。即使 D-Wave 能够研制出拥有几千个量子比特的该类型的计算机，它的计算能力也不可能比一个手机强”。 2018 年 3 月， Google 和 IBM 先后研制出超过 50 个量子比特的计算机，越过了“量子霸权”的门槛。 Google 的这台机器究竟能干什么 ? 历时一年半的测试， 2019 年 9 月给出了答案 --- 200 秒的霸权。为什么这么久不去测试一些群众喜闻乐见的数值计算问题呢？如果不能在数值计算上超越经典计算机，只满足于处理一些模糊仿真、模糊优化问题，这样的设备还能称为计算机吗？用 Shor 算法来检验一台机器是不是真正的量子计算机，这应该是个合理的建议。当然也不排除这种可能，无论机器是多么的完善，都无法运行 Shor 算法。工业界宣称生产出来的东西就是量子计算机，但学术界一直不予认可，这种现状还将维持多久呢 ? 解决理论与实践的分歧只有两种办法，一是加快研制进度，二是修正理论。学术界对此似乎还没有做好心理准备。人们期盼中的能够进行大数分解的量子计算机的理论基础是混乱的，发展前景是灰暗的。到底是“量子霸权”还是“量子噱头”，距离揭开真相的时刻越来越近了。医学界心脏干细胞的骗局只持续了十多年，计算机科学界相似的骗局又能持续多久呢 ? Only time will tell. 本文主要内容摘自《现代密码算法概论》 ( 哈尔滨工业大学出版社， 2019/5 ， http://product.dangdang.com/27908967.html ); 个人分类: 计算机科学|5859 次阅读|2 个评论

量子霸权或今年实现，坏分子雷奕安颤抖吧: leiyian 2019-7-20 10:46; 量子义和团：刚刚，谷歌霸气宣布，量子霸权或许今年就能实现：量子霸权何时到来？谷歌专家：或许就在今年 finance.sina.com.cn 作为不肯相信奇迹的坏分子雷奕安，已经没有几天可以负隅顽抗了，还不早点自己戴上高帽子，背上两捆荆条，向英勇的量子计算研究团体磕头认罪？臭民科雷奕安你还有什么话说？伟大的量子计算事业突飞猛进，守旧腐朽的恶势力代表雷奕安，自己滚进历史的垃圾堆吧！雷奕安：英勇的量子神团，贵团理想丰满，现实可能有点骨感。反动坏分子也不是一小撮，可能会有贵团战胜不了的力量。谷歌霸气的宣布，也是向敝乌合腐朽之众的宣战，说明不相信贵团神功的人士，并不只有雷奕安。谷歌的霸气有点长，2017年，谷歌计划今年实现“量子霸权”，使用7×7量子位阵列 www.sohu.com 2018年，量子霸权何时实现？谷歌说就在今年，阿里巴巴给出了不同答案_网易订阅 dy.163.com 敝团恐怕还能苟延残喘，说不定贵团哪天烟消云散。; 个人分类: 量子力学|2889 次阅读|0 个评论

Deutsch-Jozsa量子算法: 热度 3 caozhengjun 2018-5-5 15:56; Deutsch-Jozsa量子算法曹正军 David Elieser Deutsch (1953---), 英国人, 牛津大学教授, 获牛津大学博士学位. 1998年获狄拉克奖(Dirac Prize). 主要研究量子计算、量子图灵机、量子电路等. Richard Jozsa (1953---), 澳大利亚人, 剑桥大学教授, 获牛津大学博士学位(导师Roger Penrose). 主要研究量子计算、量子远距传送等. 他们在1992年的一篇论文中提出了所谓的Deutsch-Jozsa量子算法. 它是量子并行计算理论的基石, 著名的Shor大数分解算法就是以它为基础的. 理解该算法并不需要复杂的数学和量子力学知识, 只需熟悉一些矩阵与向量的运算规则就可以啦. 看到这里读者可能会明白, 为什么谷歌研制的72个量子比特的计算机还是碌碌无为, 虽然它已经跨越了50个量子比特的门槛, 夺取了``量子霸权. 如果不能从数学上解决并行算子的构造问题,那么所谓的量子计算机也只是用来刷刷屏而已. 本文摘自作者的书稿《现代密码算法概论》; 个人分类: 量子计算与量子通讯|24341 次阅读|4 个评论

[转载]IBM表示已经开发出50个量子比特的量子计算机: quantumchina 2017-11-11 11:34; IBM用于量子系统的低温恒温制冷系统据彭博社北京时间11月11日报道，在有关量子计算技术商用的竞争中，“蓝色巨人”IBM正在不断向Alphabet旗下谷歌施压。量子计算机代表着一种希望，被认为可以解决化学和材料科学等领域的一系列难题——就目前而言，性能最为强大的常规超级计算机也无法解决这些难题。有朝一日，量子计算机还可能让当前部分加密技术过时。 IBM周五表示，已经开发出50个量子比特（qubit）的量子计算机原型机。如此规模的计算机被认为已经接近一道门槛，即可以实施常见超级计算机所不能完成的任务，这在计算机科学史上绝对可以成为一个重要里程碑——该领域的研究人员将这一里程碑称为是“量子霸权”（quantum supremacy）。 IBM周五在一份声明中称，它旨在用这种规模的量子系统来“展示超越当今经典系统的能力。”根据这一声明，IBM将与谷歌展开直接较量。谷歌此前表示，该公司计划在今年年底前展示类似规模、能取得这一里程碑的计算机。今天的量子计算机仍然太小，而且易于出错，在执行大多数任务时性能都比不上常规超级计算机，但这项技术正在取得快速进步。许多公司都积极行动起来，开发可以让企业客户使用的机器，这其中就包括IBM、谷歌、微软、加拿大的D-Wave Systems以及加州的创业公司Rigetti Computing。英国帝国理工学院从事高级材料研究的科学家乔纳森·布利泽（Jonathan Breeze）表示，量子计算机的实践应用很大程度上取决于我们能否降低计算中的出错率。他与任何一家开发量子计算机的公司都没有关联。布利泽说：“量子比特数量增加将对出错率带来怎样的影响，目前这个问题还存在很多争论。”按照一些人的估计，如果随着量子比特的增加，出错率呈指数级上升，那么这项技术可能远远低于预期。“令人兴奋的是，这项技术现在正得到快速发展，我们应该能在短期内回答那个问题，”布利泽表示。尽管IBM和竞争对手都想在量子计算领域率先取得突破，但他们还越来越渴望赢得新客户的青睐。谷歌目前向早早使用其量子计算机的研究人员提供科学实验室和人工智能帮助。IBM周五表示，到2017年年底，该公司将通过云计算平台，让一台20个量子比特的量子计算机面向付费用户开放。IBM此前向客户开放了一台17个量子比特的量子计算机，还让研究人员通过互联网，可以免费在一台5个量子比特和一台16个量子比特的量子计算机上进行实验。金融业也对量子计算的潜力表现出浓厚兴趣。CME Group旗下风投部门所做的第二笔投资，就是投了总部设在温哥华的量子计算软件公司1QBInformation Technologies，这家公司还得到了苏格兰皇家银行的投资。高盛集团也是D-WaveSystems的投资方。常规计算机使用微型半导体，以二进制格式（0或1，称为比特）保存信息。量子计算机则采用不同的方法——通常情况下，要将材料冷却至比外太空还冷的温度——创建处理单元（称为qubits），从而展现出量子机械性能。例如，量子比特可以同时代表0或1。与旨在分别处理信息的常见比特不同的是，量子比特会相互影响。从理论上讲，这些特性让量子计算机具有远超常规计算机的计算能力。但是，在今天所有的量子计算机上，量子比特只能保持瞬间的量子状态。随着它们脱离这种状态，错误就会出现在计算中。IBM周五表示，它已经将量子比特的量子状态成功保持了90微秒，这是六个月前IBM发布的更小量子计算机的两倍。（编译/清辰）来源： http://tech.ifeng.com/a/20171111/44755929_0.shtml; 个人分类: 量子计算|2008 次阅读|0 个评论

[转载]自然杂志：什么是量子计算霸权？: quantumchina 2017-9-27 09:55; 量子算法领域的研究目的是通过量子计算机找到办法来加速计算问题的求解。这一领域的一个重要里程碑是：当一个通用量子计算机执行计算任务时超出了任何经典计算机的能力，这一事件被称为量子霸权。这在实验上比全程量子计算更容易实现，但涉及到新的理论挑战。在这里，我们提出了实现量子霸权的重要建议，并讨论了如何可靠地将经典计算机的能力与量子计算机的能力进行比较。（2017年9月27日）原文： Quantum computational supremacy 来源： http://www.nature.com/nature/journal/v549/n7671/full/nature23458.html The field of quantum algorithms aims to find ways to speed up the solution of computational problems by using a quantum computer. A key milestone in this field will be when a universal quantum computer performs a computational task that is beyond the capability of any classical computer, an event known as quantum supremacy. This would be easier to achieve experimentally than full-scale quantum computing, but involves new theoretical challenges. Here we present the leading proposals to achieve quantum supremacy, and discuss how we can reliably compare the power of a classical computer to the power of a quantum computer.; 个人分类: 量子计算|5296 次阅读|0 个评论

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