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《中国科大展示复杂系统随机建模的信息存储量子优势》

  • 来源专题：量子信息科技
  • 编译者： 于杰平
  • 发布时间：2023-10-12

  •      2023年5月6日，中国科大郭光灿院士团队与曼彻斯特大学、南洋理工大学合作，利用量子技术在复杂系统随机建模中的信息存储方面取得重要进展。该团队李传锋教授和项国勇教授与合作者使用单个量子比特的内存实现的量子模型可以获得比相同内存维度的任何经典模型更高的精度。该研究成功展示了量子技术在复杂系统非马尔科夫过程建模中的存储优势。

         https://www.nature.com/articles/s41467-023-37555-0

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相关报告

  • 《 中国科大成功实现最大规模的51比特量子纠缠态制备》
    • 来源专题：量子信息科技
    • 编译者：于杰平
    • 发布时间：2023-10-12
    •      中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的研究团队与北京大学袁骁合作，成功实现了51个超导量子比特簇态制备和验证，刷新了所有量子系统中真纠缠比特数目的世界纪录，并首次实现了基于测量的变分量子算法的演示。该工作将各个量子系统中真纠缠比特数目的纪录由原先的24个大幅突破至51个，充分展示了超导量子计算体系优异的可扩展性，对于多体量子纠缠研究、大规模量子算法实现以及基于测量的量子计算具有重要意义。相关研究成果于7月12日在线发表在国际学术期刊《自然》杂志上。   量子纠缠是量子力学中最神秘也是最基础的性质之一，同时也是量子信息处理的核心资源，是量子计算加速效应的根本来源之一。多年以来，实现大规模的多量子比特纠缠一直是各国科学家奋力追求的目标。自1998年人们首次利用核磁共振系统实现3比特GHZ态的制备开始，真多体纠缠态的制备成为包括光子、离子阱、NV色心、中性原子及超导量子比特等各种物理系统规模化扩展的重要表征手段。其中，超导量子比特具有规模化拓展的优势，在近年来发展迅速。我国科学家在超导量子比特多体纠缠制备方面取得了一系列重要成果，自2017年起先后完成了10比特、12比特、18比特的真纠缠态制备，不断刷新超导量子计算领域的纠缠比特数目纪录。   然而，更大规模的真纠缠态制备要求高连通性的量子系统、高保真的多比特量子门操作、以及高效准确的量子态保真度表征手段。高连通性保证了大规模量子态生成的可能性，避免了因缺陷和连通性不足限制量子态规模；通过高保真量子门才能够将量子比特连接起来形成高保真的多体量子纠缠态；而高效的量子态表征是克服随比特数指数级增长的量子态规模复杂度、进行量子态保真度准确估计的重要保证。这些要求对量子系统的性能、操控能力以及验证手段提出了很高的要求，使此前真纠缠比特的规模停留在约20个量子比特的水平。      研究团队在前期构建的“祖冲之二号”超导量子计算原型机的基础上，进一步将并行多比特量子门的保真度提高到99.05%、读取精度提高到95.09%，并结合研究团队所提出的大规模量子态保真度验证判定方案，成功实现了51比特簇态制备和验证。最终51比特一维簇态保真度达到0.637±0.030，超过0.5纠缠判定阈值13个标准差。这一结果将各个量子系统中真纠缠比特数目的纪录由原先的24个大幅突破至51个，充分展示了超导量子计算体系优异的可扩展性。在此基础上，研究团队通过结合基于测量的变分量子本征求解器，开展了对于小规模的扰动平面码的本征能量的求解，首次实现了基于测量的变分量子算法，为基于测量的量子计算方案走向实用奠定了基础。     论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06195-1
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  • 《魏少军：中国发展存储器芯片应以市场为主导》
    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：tengfei
    • 发布时间：2016-10-24
    • 在国家政策刺激下，2016年各地纷纷传出加码存储芯片的声音：北京有紫光集团宣布300亿美元做存储器，武汉有武汉新芯准备耗资240亿美元打造国家级存储器基地，合肥放言要打造IC之都，福建晋华也在跃跃欲试。 众声喧嚷中，随着今年下半年长江存储的正式成立，武汉新芯与紫光集团走到了一起。合流背后到底发生了什么？它们的合流又对整个存储产业的发展意味着什么？中国到底该怎样发展存储？清华大学微电子研究所所长魏少军接受记者采访时认为，做存储器芯片不能四面开花，一定要集中力量办大事。紫光与武汉新芯能够走到一起，关键在于紫光的掌舵者赵伟国和武汉新芯的管理层都意识到，只有合起来成功的概率才是最高的。同时，发展存储器产业一定要遵循市场规律，要淡化“政府主导”的思路，谁的市场能力强，就由谁来主导。 魏少军预计，10年之后，中国自有存储器规模应该力争达到250亿美元，在国际上做到四分天下有其一，在国内占据半壁江山。 中国存储产业现状如何？在全球市场中处于怎样的位置？ 魏少军：迄今为止，中国还没有一家专业的存储器企业。国内一些企业譬如兆易创新有一些自己的存储器产品，但主要集中在特殊领域。从主流市场来看，中国的存储器芯片基本是空白。我们每年进口大概将近500亿美元的存储器。 全球来看，存储市场已经发展多年，是一个相当成熟的产业。目前，基本上形成了东芝、三星、美光、闪迪、海力士五家厂商鼎立的格局。具体来看，在DRAM领域，韩国厂商占主导地位，占有约75%的市场份额；其次是美国厂商，约占20%的市场份额；还有5%是在台湾生产的。NAND Flash领域，韩国占了50%，美国占到百分之二十几，日本还有一些。 中国在PC领域曾经做过自己的处理器，譬如典型代表龙芯，现在看来结果并不理想。在全球存储产业如此成熟的情况下，中国再做自己的存储，会不会沦为又一个“龙芯”？ 魏少军：这是两个完全不同的事情，需将存储器和CPU产业分开来看，它们的产业属性不一样。CPU需要很强的生态环境支持，即便你的CPU做得很好，没有软件在上面跑，别人也不会用你的。存储器则不一样，存储器不存在复杂的生态环境的问题，只要你的产品做得跟别人一样好或能超过别人，市场就会买单。所以存储器是可以发展的。 中国现在要去发展存储器产业，到底具备什么条件？ 魏少军：中国现在大力发展存储器芯片，我认为是有机会的。一是中国的市场很大。目前这轮存储器市场的增长点主要是互联网公司的数据中心。在DRAM方面，随着技术的进步，数据中心的服务器增长，所需的内存越来越大，比如今天的服务器内存可能100G就好了，未来可能需要200G、300G，而数据中心服务器一建就是十几万台、几十万台，对DRAM的需求非常大。在数据存储方面，数据中心的存储需求逐渐从硬盘转向NAND Flash，给我们提供了新的机会。二是存储技术处于升级换代的时期，譬如DRAM的工艺制程走到20nm左右以后发展速度会放缓，闪存NAND Flash从二维转向三维，也给了我们机会。三是存储器芯片产业走到今天，对资金的需求量越来越大，从投资角度来看，投资规模大概要几百亿美元，且要持续多年地投入，能继续投这么多钱的企业也不多了。中国的企业有钱去做这些事。 中国目前在存储领域的技术积累有多少？ 魏少军：在主流技术上，我们有一些储备，比如紫光国芯收购的西安华芯，在DRAM的设计上已经达到国际先进水平，曾经给台湾的半导体存储器公司做过不少设计服务。应该说，我们在存储芯片的设计技术上有了相当的积累，但在工艺上还没有经验。我个人觉得，我们现在的技术水平和国际水平有差距，但经过努力差距可以慢慢缩小。三五年内坚持研发，应该能够有突破。 存储是非常依赖核心技术的领域，以中国目前的存储技术积累，还有发展机会吗？若引进国外技术，技术可能从哪里来？ 魏少军：技术不会永远高歌猛进，比如DRAM可能走到十几纳米就将停滞下来，在别人发展放缓的时间窗口里，我们可以一步步追赶。同时，在原有的技术之外，新技术会不断涌现，就像盖房子，你可以用砖，也可以用木头、竹子、钢材，关键在于技术上能否找到合适的路径去做这件事。现在，市场已经开始涌现许多新型存储器，譬如英特尔的X-Point等。中国的存储器企业或许可以从新技术上切入。 整体来说，中国的存储技术一方面是依靠自身不断地研发提升设计、工艺水平，一方面是采取开放的态度，跟别人合作。可能有些国际企业不愿意合作，但在巨大的市场诱惑下，总有人会尝试合作。我觉得半导体是开放的市场，任何企业封闭到最后肯定是做不成的。近十年来，技术的发展从来都是开放的，手机、操作系统包括ARM都开放了。大家都持开放心态的情况下，如果哪些在国际上占据优势的企业不愿开放合作，最后就只能把自己憋死。 为什么是现在这个时点来发展存储？中国存储产业以前为什么没有发展起来？ 魏少军：本世纪初，随着18号文件发布，中国曾经迎来过一轮集成电路发展高峰。我们很多人很乐观，政府也很乐观。政府认为我们可以通过市场配置资源的形式来发展集成电路产业，可实际上是做不到的。市场配置资源的想法本身是对的，但是我们的企业当时没有能力来这样做。许多企业长期亏损，哪有钱去继续投资存储器呢？到了2012年，回过头来看，我们认为在集成电路产业发展过程中，市场机制是缺失的，需要政府出手引导。 政府出手并不是说政府去亲自操刀，而是给了社会资本信心，引导社会资本向半导体行业投资。如果15年前我们就能集中力量去做存储，现在的情况肯定不同。问题是，在过去15年的发展过程中，我们对集成电路，尤其是对存储器，没有大规模的投入。半导体行业，首先得有钱，没钱就建不了厂。要建存储器芯片工厂，少则几十亿美元，多则上百亿美元，这么多钱，谁投？如果说2014年，没有《纲要》的出现，没有大基金成立，没有全社会的关注和热情，谁会投这么多钱呢？ 产业政策明确之后，各地都想发展存储，譬如福建晋华、安徽合肥、武汉新芯、紫光。最近随着长江存储的成立，武汉新芯与紫光走到了一起。它们为何走到一起？你怎么看这种转变？ 魏少军：国家有了明确目标，要把存储做起来，但没有说怎么做。大家都意识到这个事情的战略意义，赵伟国想做，武汉新芯想做，合肥想做，晋华也想做，这是自然现象。 在这个过程中，其实大家都在不断思考：这边一个存储器，那边一个存储器，势必形成竞争，而且都是低水平地重复，是不是合起来做会好一点？紫光和武汉新芯能走到一起，我觉得这是大家在不断探索中形成的共识：做存储器四面开花是不可能的，一定是集中资源、人力、财力去做。在这个过程中，紫光很开放，武汉新芯也很开放，即便武汉新芯3月份宣布了投资240亿美元建存储基地，也愿意和紫光合作。之所以这样，关键在于紫光的掌舵者赵伟国和武汉新芯的管理层都意识到，只有合起来成功的概率才是最高的。 长江存储成立之后，你觉得是武汉主导还是赵伟国主导比较好？ 魏少军：相对而言，武汉新芯做存储器具备更多的条件，但是主要由地方政府主导。我们觉得，做存储器一定要遵循市场的规律，要淡化“政府主导”的思路。 长江存储成立之后，我们希望由市场主导，就是说谁的市场能力强，谁来主导。武汉方面和赵伟国两者之间，赵伟国更加市场化，我肯定希望赵伟国来主导。但是，随着产业的发展，未来是不是有第三家参与者更加市场化？ 做存储的架子搭起来之后，下一步可能会怎么走？预计中国存储未来的市场地位如何？ 魏少军：存储架子搭起来之后，首先得做出有竞争力的产品，然后是形成良性循环，再就是不断扩大市场份额。我认为瞄准的产品一定是跟互联网大数据相关的，BAT等互联网公司对存储器有大量需求，国内又有信息安全的要求，抓住这个市场已经足够大了。至于先做3D NAND还是DRAM，要看哪个技术条件更成熟。从技术上看，3D NAND不需要走到20nm去，40nm可以做，32层也可以用用，相对容易，也是新兴产业。DRAM则可以慢慢走。 我预计，10年之后，中国自有存储器规模应该力争达到250亿美元，在国际上做到四分天下有其一，在国内占据半壁江山。
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