计算机前沿技术的相关知识

《计算机前沿技术的相关知识》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、D-Wave和第一台商用量子计算机Orion猎户座：传说上帝就是来自这里量子力学，它从一个最基本的层面上描绘了整个自然界是如何运作的。使用量子力学的法则构建的量子力学计算机不仅仅意味着它会工作在纳米水平。这也意味着量子力学计算机的每一个设备都要保持温度足够的寒冷，足以实现量子效应。这也就是说为什么这套由D-Wave公司制造的Orion量子计算机系统，运行在零下负250度的缘故。这个温度要比宇宙星际空间中大多数地方都要冷。宇宙空间中的绝对零度也仅为负273度。这台量子计算机与绝对零度非常之接近。 D-Wave是全世界唯一从事商业量子计算的

2、公司。总部位于加拿大的温哥华。去年该公司已经展示过16-qubit的量子计算机。该公司的CTOGeordieRose表示，强大的量子级超级计算机，已经不是科幻小说中的虚构情节，现在已经可以第一次用于商业领域。今天D-Wave已经制造出了28-qubit的量子计算机，这标志着量子计算机很快会应用于真正的计算领域。 qubit是量子位的意思，它与传统计算机中的bit位有些相似，qubit是量子计算机中最为基本的信息单元。由于量子可以同时具备两种存在的形态，因此标记有16-qubit能力的量子计算机就可以同时进行2的16次方运算。也就是同时进

3、行64000次运算。需要注意的是，这是真正意义上的同时并行运算，传统的单核心计算机在同一时刻仅仅能进行一次运算。 遥遥领先于其他量子计算的开发团队，D-Wave使用现有的半导体制造技术和芯片制造技术，代替了光电路、量子基点、激光容器或是其他要求苛刻的高端量子实验工具。D-Wave所面临的另一半问题是量子计算机的应用软件开发工作。前所未有的超强计算机，前所未有的海量数据处理能力。要想发挥出量子计算的优势，软件和算法也是相当重要的一个环节。目前D-Wave已经承诺即将发布新的量子计算机应用程序开发工具。D-wave所研发的量子处理器，其底部

4、固定在过滤机和制冷单元上。因为整个架构都是沉浸在温度为3Kelvin的液氮中，而芯片上的冷却单元更是将温度调节到了10milliKelvin。Rose给量子计算机下了一个定义：量子是组成事物最为基本的粒子，是绘制自然界一切最为基本的语言。而在量子级别所打造的计算机，会给人留下深刻的印象，它的运算能力要远远超越传统的电脑。目前电脑的性能发展，受到了物理学定律的制约。我们的制造工艺技术再先进，也无法超越物理定律本身，因为他们的制造理论仅仅是处在经典物理学阶层。而到了量子计算机中，所使用的硬件服从的是量子力学原理。这些东西很微小，而且也十分寒

5、冷，构建量子计算机需要异乎寻常的材料。极端冷却与超导体D-Wave在制造量子芯片的时候，使用了一种非常特殊的材料——铌。当温度足够低的时候，这种铌材料就变成了超导体。常温下的铌具有普通金属的导电性，电子会以电流的形式在其中穿梭，不过它的导电性能并不是理想化的，常温下的铌会有较高的电阻值。 然而，当铌在超低温状态下，变成超导体的时候，金属内流动的电子就会自动配对。即电子绑成库伯对(Cooperpair)，其运动能够耦合为长串的电子。这些电子与导体的点阵振动在冷却到接近绝对零度时同步，这样就避免与形成电阻的金属原子发生碰撞。此时铌的电阻值也

6、就为零。  库伯对在进入芯片后，会由绝缘体将他们的联系打破。像是创造电子一样，这些粒子可以沿着绝缘层的通道进行传播，可以像电流一样有效的进行传导。铌可以像电流一样传输，顺时针流动，逆时针流动，又或者联合两个方向一起流动。由此，就会呈现出“0”、“1”或者是叠加的二进制值。这就是量子计算机中最基本的元素——qubit量子位。量子芯片是由一个连续的金属轨道组成的，在其下面使用硅元素做基板。这些基板与目前任何半导体制造的工艺相同。但是在其上面，却有一个金属绝缘层。这是一个完全基于磁性金属的东西，所有的信息都朝着电流流动的方向进行存储。 D-W

7、ave的28-qubit芯片，他们每一代芯片都是按照字母顺序以月神命名的。28-qubit芯片研发代号，Leda量子流的流动方向会折合成一个qubit量子位的值。量子流动的朝向就可以代表二进制中的0或1。临近的量子位会跑在相同的或相反的方向，并且能量壁垒可以作用在不同的量子位形态中。D-Wave使用环形的电路结构来处理qubit数据。目前最高级的Leda芯片具备28个环可以实现28-qubit的运算能力。但是所有的环并不都是互相联通的，仅仅是相互临近的环才是联通的。 库伯对在铌中通过的时候从技术上讲，它们处于一种“玻色子”状态。玻色子状

8、态是具有零或整数自旋状态，并且任意数目的相同粒子占据相同量子状态的统计学规则的粒子，如光子、π介子或α粒子。因此可以说他们具备相同的量子态，这就是超导量子最重要的特性。利用这种特性，可以简化量子芯片的复杂度