谷歌悬铃木量子计算机 (谷歌量子计算机悬铃木原理)

谷歌悬铃木,谷歌悬铃木计算机

我在头条号文章“九章量子计算机吗?”中指出,九章根本不是计算机,更不是量子计算机。它只是一个光学测量仪,用物理测量代替数学逻辑计算,完全是张冠李戴。

网上有的朋友看后问我,测量与计算有什么差别,因为计算机的运算过程也包含测量。对这个问题,我们可以用天气预报来做比喻。太湖神光超级计算机与“九章”的关系就如大型天气预报计算机与家用温度计的关系。

我们知道,天气预报需要大型计算机计算。计算过程需要当前时刻的,大量的大气参数为初始条件,建立合适的数学模型,进行逻辑运算,得到几天后某时刻的大气温度,这是一个非常复杂的过程。

如果用温度计来测量,我们在当前时刻只要看一眼温度计,就知道气温多少。对于高斯玻色取样问题,“九章”就相当于温度计。说它比太湖神光超级电子计算机快一万亿倍是非常荒唐的,因为二者根本没有可比性。

如果非要比的话,应当与道尔顿钉板比。“九章”没有任何优势。潘建伟等连应该与什么对象进行比较都没有搞清楚,就把牛皮吹到天上了。

那么谷歌的悬铃木量子计算机又是怎么回事呢。按照2019年谷歌的官方报道,悬铃木采用53个量子比特做量子线路采样计算,取样速度为200秒1百万次。这比世界最快的超级计算机Summit的计算速度快十几亿倍,谷歌由此声称在世界上第一次实现量子霸权。

然而我们明确地可以说,谷歌的“悬铃木”与“九章”基本一样,即不是计算机,更不是量子计算机。它实际上是一种电路随机信号测量仪,应当与经典随机电子线路取样机比较,将它与超级计算机Summit比较是牛头不对马嘴。

按照李金山和李强的文章《一种随机取样电路的设计与实现》(中国电子科技集团公司电子测试技术重点实验室),一般的随机电子线路取样速度是100纳秒内取样1000次,或者说每秒100亿次。这个取样速度比比谷歌的悬铃木快2万倍,别说量子霸权了,悬铃木简直被秒杀成垃圾!

为了更清楚地说明这个问题,我们以下简单介绍谷歌的悬铃木的工作原理。谷歌的悬铃木采用半导体材料做固体芯片,具体地说,是用约瑟夫森超导结做所谓的量子芯片。我们先来谈谈这种量子芯片的基本结构,并将它与经典电子计算机的逻辑门元件进行比较。

图1a是经典电子计算机的逻辑非门示意图,图1b是它的具体实现的线路。它是电子计算机最简单的逻辑元件之一,信号被编码在电位上,高电位代表1,低电位代表0。

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图1a. 电子计算机的逻辑非门符号

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图1b. 电子计算机的逻辑非门电路图

图2a则是量子逻辑门的示意图,其中4个小圆代表4个量子比特。与图1a一样,图2a只是一个符号,不代表真实的结构。它实际上是一个黑箱,我们根本不知道怎样来具体实现图中的几个量子比特,使它们能够同时表示0和1。

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图2a. 量子芯片逻辑门示意图

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图2b. 约瑟夫森超导结芯片

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图2c. 经典电磁学的 LC震荡电路

图2b是半导体量子芯片的一种具体实现,其中C是电容,J是约瑟夫超导结。图2c则是与图2b 对应的经典电磁学的LC震荡电路,其中L是电感线圈。图2b和c 的不同之处只是用电感线圈L代替约瑟夫超导结。

经典电路LC线圈按谐振的方式振荡,振荡频率间隔是固定的。而在约瑟夫超导结中,隧穿电子的能级间隔不是固定的。如图3所示,电子的基态E0与第一激发态能级E1的间隔比较大,其他能级的间隔比较小。在实际应用过程中采用的是基态和第一激发态,分别代表1和0的状态。

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图3. 约瑟夫森超导结的能级分布

然后再用微波辐射脉冲,来对约瑟夫超导结进行控制,使它在这两个态之间震荡。由于微波辐射脉冲需要能量和时间,约瑟夫超导结在不同的时间处于不同的状态。而不是如量子计算机专家认为的,在相同的时间处于不同的状态。

需要强调的是,经典电子计算机的逻辑门元件使用半导体做成的,使用的是半导体PN结合PNP结之类的构型,其理论基础是量子力学的能带理论。在这种意义上,电子计算机也是量子力学的产物,没有量子力学,就没有半导体电子计算机。

约瑟夫超导结是将一个绝缘体夹在两个半导体中间构成的,与半导体晶体管的PNP结没有本质的差别。因此用约瑟夫超导节来做的量子芯片,与用半导体做的电子计算机芯片没有本质的差别。它根本不是现在的量子计算机理论所认为的,能够产生量子叠加态的,所谓的量子芯片。

由于约瑟夫结只有在低温状态下才会出现超导现象,因此用约瑟夫超导结做的所谓的量子计算机需要在非常低温的状态下才能工作。谷歌的悬铃木量子计算机就是这样,工作温度约为零下273度。由于一般的半导体PNP结芯片在常温下就能工作,约瑟夫超导芯片量子计算机即使能用,也一点优势都没有。

那么谷歌又有什么理由认为,悬铃木比经典大型电子计算机快十几亿倍呢?以下就来谈谈悬铃木量子计算机的工作原理,指出它与潘建伟的九章一样,也是用物理测量来代替数学逻辑运算。悬铃木实际干的根本不是计算机的活,把它说成计算机完全是误导。

悬铃木的实验系统是纳米管线路,用纳米管连接约瑟夫超导结,做成所谓的量子芯片,用来计算随机路线抽样问题。具体地说,就是在纳米线管和约瑟夫超导结形成的网络的某个端口输入信号,让它们在网络中随机漫游。然后测量某些端口的输出信号,得出信号输出的随机分布概率。

因此所谓的“悬铃木”量子计算机与“九章”量子计算机一样,都是高尔顿钉板的变种。它们都是用物理信号的测量代替数学逻辑的计算,都不是真正的计算机。

高尔顿钉板见图3,钉子使落下的珠子沿两个方向运动。“九章”用分光镜代替高尔顿钉板中的钉子,“悬铃木”则用约瑟夫超导结来代替钉子。这两种器件都可以使信号随机地沿两个不同方向运动,等价于产生0和1的信号。

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图3. 高尔顿钉板与高斯分布

因此在“悬铃木”和“九章”运行过程中,不存在所谓的量子态叠加,与高尔顿钉板没有任何本质的差别。对于53个约瑟夫超导节形成的网络,如果用经典计算机计算某个出口端信号的输出概率,相当于2的53次方的计算量,是一个天文数字。

悬铃木采用投机取巧的方法,用信号测量来代替数学计算,就认为比经典大型计算机快十几亿倍。这等于在高尔顿钉板中倒豆子,然后点算钉板底部每个格子内的豆子数,与数学的逻辑计算过程没有任何关系。

在头条文章“是量子计算机,还是原子计算机?”中,我提到了现有的用原子或离子来做的量子计算机。由于原子和离子都不可能在相同的时刻处于两个不同的状态,意味着不可能用它们的量子叠加态来做计算机。所谓的量子计算机,其所有的可控过程都是经典的,非叠加的。这个结论适用于所有的量子计算机,包括所谓的凝聚态拓扑量子计算机。

由于原子态、离子态、光子态、以及约瑟夫超导体的脆弱性、’不稳定性和难以存储性,我们还不如用经典电子计算机的半导体芯片做计算机。物理学家何必又舍近求远,空耗心思做什么量子计算机呢?

因此,不管量子计算机专家们如何嘶声竭力,口沫飞溅地高喊量子霸权时代的到来,如何声称他们的量子计算机已经商业化,他们能够拿的出来的都是经典计算机,至多只能称为新型的经典计算机。

量子计算机相对于经典电子计算机是一种技术*退倒**,而不是技术进步。不但是*退倒**,而且*退倒**到泥潭里,将不可自拔。最终会因为花费巨资无法交代,出现各种各样的欺骗,用各种各样的假冒伪劣产品,来冒充量子计算机,给科学和社会造成严重的灾难性后果。

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本人再次强调,由于建立在哥本哈根学派对量子力学叠加原理错误解释的基础上,量子计算机的基本原理违背物理学基本常识和自然本性,是不可能做成的。计算技术的未来发展,仍然寄希望于传统的电子计算机,以及在此基础上发展新型的电子计算机。

北京王迪兴智能计算机技术有限公司的王迪兴先生,几年前就研究出一种十六进位制的新型计算机。与传统的二进位制电子计算机相比,王迪兴的计算机具有明确的加速计算功能,代表电子计算机的一种新的发展方向。

王迪兴构型机与目前世界上已有的两种构型计算机,冯.诺依曼型和哈佛型机有很大的不同,代表第三种计算机型。笔者再次呼吁有关科学管理机构,重视和支持这种由中国人独立自主完成的,真正具有原创意义的新型电子计算机。

关于“九章”量子计算机的真相,请点击量子江湖梅晓春的头像,看以下文章。

1. “九章”是计算机吗?

2. 按潘建伟的逻辑,袁灿伦设计出比“九章”快万亿倍超级量子计算机!

3. 请问牛皮哄哄的谷歌,IBM和潘建伟,你们做出量子存储器了吗?

4. 为什么说真正的量子计算机是做不出来的!

5. “量子纠缠态”,一个被洗白了的妖孽!

6. 是量子计算机,还是原子计算机?

7. 受潘建伟降维打击,“九章”变成“量子算盘”了。