打造量子计算机 英特尔提出了不同方案

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和飞行汽车一样,量子计算机的出现有望将人们从传统的二进制计算机时代引入到一个新的纪元,其可被视为改变人类未来生活的一大利器,但是由于技术上的复杂性和各种障碍,量子计算机的研发也迟迟难以得到突破性进展,我们都无法知道究竟需要花费多长时间攻克这些技术难关,更不要说让量子计算机普及化了。

但是在一定意义上,量子计算机的发展近几年来还是达到了一个重要的里程碑,并激起了许多大公司的研发兴趣,比如英特尔,他们的核心处理器遍布全球范围世界各地的数亿台计算机上,这家技术公司以强大的PC 处理器而闻名,而他们的主要产品还是集中在 x86 处理器上,其首款 8060 x86 芯片截止目前已经差不多有了40年的历史,因此因特尔的现代芯片一直都是在传统中慢慢改进而来的。

在谈到量子计算机时,英特尔公司的量子硬件总监 Jim Clarke 对外媒 Digital Trends 记者表示,该公司将继续依靠过去的专业知识来推动未来的研究,量子计算机也不例外,在参观英特尔的研发基地时,Clarke 还向记者介绍了一块光滑的彩虹状圆形晶片,他提到:“这块晶片来自于附近不远的 Acres 学院,它是由 300毫米技术打造的小型自旋量子比特阵列,而我们英特尔也使用了同样的技术来打造高级芯片。”

"这个晶片上总共有大约50000个量子位,不过它们现在没有耦合在一起,因此还不能一起使用它们,而这就是英特尔目前的量子计算处理器研发方向,通过使用这项技术,我们可以像制造这张圆形晶片一样,在我们的计算机处理器上也搭载大量的量子比特阵列。“

在这个领域内,英特尔的主要竞争对手是谷歌和 IBM,不过谷歌虽然也在研发量子芯片,但是他们的主要目标并不在于芯片的市场销售上,而IBM 则一向是定位于服务企业级用户,因此英特尔或许是唯一一家有可能在未来给大众消费者提供量子计算机芯片的制造商,而几十年来积累的芯片制造经验也给英特尔提供了不少在量子计算上的优势。

至于量子芯片的制造,按照 Clarke 的话说,英特尔仍然会采用传统芯片的同样的处理线,同样的工具,同样的设计标准来实现芯片的量产,而其在制造上面临的一大挑战就是其量子比特的脆弱性,一点点稍微不对的操作,甚至是稍微过多的热量都会破坏量子芯片的结构。

因此所有的实验操作都需要在非常冷的温度下进行,英特尔还打造了一个大型冷凝器,在这样的低温环境下,即使是英特尔 Core i7 都很有可能会裂开或粉碎,但是量子芯片需要这样的环境,而随之而来,这样的有限的操作环境也给研发人员的工作展开提出了不小的挑战。

由此可以想象,量子芯片对环境如此严苛的要求让其即使是在一般实验室里都无法工作,更不要说应用在我们的日常生活中了,而且其需要高度专业化的设备支持才能得以运行,现在的传统仪器是无法达到标准的,或许在将来我们可以使用微型化专业设备来装载这些量子芯片,但都需要很长一段时间之后了。

其实量子芯片和传统处理器也有许多相似的地方,它们都需要短期内存,长期存储空间和连接各种组件的电路板,唯一不同的就是其对冷凝器这类硬件的超标准要求,我们也可以在量子芯片旁边放置一个小型超级计算机,用于控制流入和流出芯片的数据,在理论上,未来的量子计算机可以达到现在台式机太小。

Clarke 还提到:”如果我们回想70 年代的首款 Cray 超级计算机,其设备庞大程度几乎占据会占据半个房间,在当时它们是世界上最强大的计算机设备,谁能想到 40 年后的今天,他们已经可以微型化到装进我们的背包随身携带,同理,虽然我们现在的量子计算机需要庞大的系统支持,但是随着未来的微型化趋势,这套量子计算系统也会逐渐普及化。“

不过量子计算机的到来也不是令所有人都感到期待的事情,因为其在某些方面会对传统的计算机设备安全造成冲击隐患,许多现代的计算机加密算法,例如 RSA 密钥会对设备安全提供保护,用传统计算机解密算法需要花费上十亿年的时间,因此是不可能的,但是对于量子计算机来说,完全就是另一回事了,其能在很短的时间里解开 RSA 密钥,或许只需要一分钟。

这样的状况也让许多人感到不安,美国国安局就曾在 2015 年对量子计算机的研发做出过严格的安全限制,更糟糕的是,就连英特尔也发现自己芯片中大量的安全漏洞问题会随之而来,因为在量子计算机出现之前,处理器通常被认为是相对安全的避风港,制造商通常会在其内部提供一个额外的安全层,以防黑客劫持芯片,但是量子芯片的出现如果一旦被黑客利用,传统的芯片漏洞风险就相当巨大了。

因此不论是安全专家还是消费者,在这一点上都对量子芯片投以了非常怀疑的目光,那么作为转型传统计算机的关键技术,量子计算的出现真的会成为传统电子时代的毁灭日吗? Clarke 认为在这一点上,量子计算机的算法类型和加密要求需要非常严格,可能要数年时间才能创造出可靠的加密算法,而我们需要在量子计算机真正面世之前找到新的加密解决方案,以不至于受到安全威胁。

目前仍然是量子计算技术发展的早期阶段,像谷歌,IBM和英特尔这样的大公司也向该技术陆续投入了研发团队,虽然距离最终量子计算机的真正面世还有很长一段时间,但是凭借着英特尔强大的芯片研发优势,我们有望看见在不久的将来英特尔的量子计算机能够出现在我们目前。

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