什么是量子计算?与传统计算机相比,量子计算机并不是在电流是否流动的基础上进行计算,而是在量子状态的基础上进行计算。简而言之,传统计算机的工作原理是两个互不相干的状态,要么是0,要么是1;电流要么在系统中流动,要么没有。量子技术通过利用我们物质中最小颗粒的叠加和牵连效应,将两者结合起来。其结果是,计算步骤不再只是串行运行(即一个接一个),而是并行运行。

        “这是一个巨大的飞跃。”弗劳恩霍夫协会主席雷蒙德·纽格鲍尔在2021年6月接受《法兰克福汇报》采访时解释道。如果你有一台拥有100个量子比特的计算机和一台拥有101个量子比特的计算机,后者的性能不是略胜一筹,而是两倍。Qubit,也叫Qbit或Q-bit,代表量子比特。它是量子计算中可能最小的存储单位,这种计算单位类似于传统计算机中使用的比特。

量子计算的时代已经开始

        这项新技术在20世纪90年代开始起飞,2016年,IBM将量子计算时代的到来归功于自己。这不是没有原因的,因为该公司首次向公众提供了5和15量子比特系统,为超高速计算机的使用树立了一个里程碑。仅仅一年半之后,50量子比特的大关就被破解了。

        2021年6月16日,弗劳恩霍夫协会和IBM推出了欧洲第一台商用的量子计算机。媒体反响很好。该技术已被各方认可为关键技术,并获得了相应的资金支持。到目前为止,它仍处于起步阶段,但这是计算能力和应用方面的巨大飞跃。

        在涉及大量数据和变量的复杂分析时,这项新技术有很大的优势。这些情况包括飞机的流动模拟和机器数据的模拟。整个空间和气候研究领域都受益于强大的计算机,因为它可以以闪电般的速度计算出复杂的关系。

        还有一个可能的应用领域是医学研究。当必须搜索10万个或更多有效成分的数据库,以找出它们在哪种组合下可能对特定病毒起作用时,这些都是复杂的计算。由于量子计算机可以并行计算,它可以在经济合理的时间内完成。换句话说,传统计算机需要几天、几周或几个月才能完成的工作,量子计算机可以在一两个小时内完成。

量子计算机是一个天后

         没有一项新技术是没有特殊挑战的。“量子体积”的存在并不完全是偶然的。它说明了这样一个系统的质量、稳定性、稳健性和易错性。量子计算机的硬件极易发生故障;环境中的任何冲击或变化都会危及系统的安全。所谓的原子的量子状态必须被精确控制,因为原子的叠加和牵连效应只有在非常具体的条件下才能发生作用。

        对于某些计算机组件,温度必须接近绝对零度。实现这一目标的冷却装置是基于稀释的冷却装置。VAT为这种稀释制冷器提供波纹管和阀门。量子计算机的其他组件需要超高真空(UHV)。内置的真空室只有几平方厘米小,但它们是必不可少的。

         简而言之,如果没有持续冷却到接近0开尔文(-273.15℃)的温度和超高真空,就不存在所谓的功能性量子计算机。在很长一段时间里,新的计算机只站在象牙塔般与世隔绝的地方,以确保它们可以在微妙的条件下运行。在未来,更强大的设备将在数据中心得到广泛的应用,但它们将比以往任何时候都更依赖于这些高科技阀门。