超导技术

量子 - NPL 出版物

执行摘要 与基于数字位取值为 0 或 1 的传统计算截然不同，量子计算机的量子位 (qubits) 可以同时处理位值 0 和 1。利用此功能，多个相互作用的量子位可以表示大量信息；与传统计算机相比，量子处理器中可以同时共存的二进制数呈指数级增长。即使面对摩尔定律（传统计算机能力每隔一两年翻一番），仅几百个量子位的大规模纠缠量子态的复杂性也很容易超越传统信息处理的能力。大规模量子计算机的运行速度有可能比当今最先进的超级计算机快数百万倍 [1]。利用量子计算能力的国家将能够彻底改变广泛的行业，包括医疗保健、通信、金融服务和交通运输。了解量子计算对于维护国家安全以及商业和私人网络安全也至关重要，因为量子计算机可以破解基于大数分解的传统加密方法。这是全世界都认可的。“量子计算的全球领导地位带来了军事和情报优势，以及许多人预计未来几十年将成为一个庞大产业的竞争优势，”美国众议院科学、空间和技术委员会在 2018 年 9 月 13 日的一份声明中写道，当天众议院一致通过了《国家量子计划法案》，投资 12 亿美元用于一项计划，其中三分之一由美国国家标准与技术研究所 (NIST) 实施。目前，两种技术平台是实现大规模量子计算机的主要候选者：捕获离子和超导量子比特，每种技术都有其优点和缺点。虽然英国国家量子技术计划迄今为止优先考虑离子阱平台，但其他国家（美国、大多数欧洲国家、中国、俄罗斯、加拿大、日本）也分散了对两个平台的投资。大多数商业公司（例如IBM、Google、Intel、Rigetti、D-Wave、阿里巴巴）专门开发超导处理器。SQC 不再仅仅属于基础研究领域，而已成为一场工程竞赛。有些人将其比作过去的太空竞赛。多快？近年来，基于超导芯片的量子计算机日趋成熟，其速度甚至超过了最大胆的专家预测。如今，相对较小但不太实用的超导量子计算机已在网上向所有人开放。更大、性能呈指数级增强的超导处理器正在实验室中进行测试。由于量子计算的军事和安全影响，一旦这些大规模量子计算机在不久的将来面世，就不能指望获得不受限制的访问权限。量子霸权很可能在 2020 年之前实现，即超导量子计算机能够比最先进的传统超级计算机更快地解决特定问题，有些人甚至预测今年就能实现！英国科学家为超导领域做出了关键贡献。最近，我们还成功吸引了许多来自国外的 SQC 顶尖研究人员。多年来，我们的工程师已经创建了足以推动 SQC 发展的低温、纳米制造、软件和电子技术基础。NPL 的 SQC 测试和评估能力处于世界领先地位。本文的主要结论是，我们认为，在国际舞台上，超导技术已经成熟到英国将其国家专业知识和设施整合在一起进行协调活动的水平。如果决定资助一个基于生产工程系统的重点管理项目，我们相信这将能够以最高的期望水平为英国提供超导量子计算能力。