PDF《值得期待的量子 CPU》

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2015 年11 月20 日 星期五 Tel押(010)

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cn 新知 xinzh 量子比特的编码有很多种, 基于全电控 半导体量子点体系和超导体系的固态量子 比特, 与现代半导体集成电路工艺兼容且可 扩展和拥有较好的可集成性, 是最有力的候 选者. 半导体量子芯片的制备工艺如下: 首先, 通过分子束外延生长含有二维电子的基片材 料;

然后, 通过高分辨电子束刻蚀、 光学刻蚀 等制备量子点结构的图形;

最后, 通过电子束 蒸发金属镀膜, 再利用金属剥离技术, 获得半 导体量子点芯片器件. 半导体量子芯片具有易于全电操控、 可 集成化、 兼容传统半导体工艺技术等重要优 点, 是进一步研制实用化半导体量子计算机 的坚实基础.另一方面, 更快的量子逻辑门 操作是实用化量子芯片多量子比特集成和 运算的首要条件, 只有更快才有可能将量子 计算从小规模的实验室演示推向真正的实 用化. 目前,中国科学技术大学半导体量子芯 片研究团队,利用标准半导体集成电路的微 纳米加工工艺, 制备出一种 半导体双量子点 芯片 , 通过单个电子在左右量子点中的位置 决定量子比特的

1 和

0 , 形成单电荷量子 比特, 利用超快电脉冲操控技术, 在 一个电 子 上实现了

10 皮秒量级 (皮秒为时间单位, 即10 的负

12 次方秒)尺度的表达信息元素

0 和

1 的量子逻辑门运算, 将原世界纪录 提高近百倍,实现了世界上最快速的单电子 电荷比特量子逻辑门. 多量子比特制备和操控是实现普适量子 逻辑门的基础,按照双量子点中的电子在左 右量子点的位置编码一个电荷量子比特的方 式,两电荷量子比特可以由两个双量子点构 成. 研究团队在单量子比特的基础上, 设计制 备了多种强相互作用的半导体四量子点芯 片, 形成两个电荷量子比特, 使两量子比特间 的相互作用强度超过

100 微电子伏特 (能量 大小, 表示相互作用的大小) .利用皮秒量级 的脉冲序列精确控制技术,成功实现两个电 荷量子比特的控制非门逻辑操控(一个量子 比特的状态可以控制另外一个量子比特处于 初始态, 或者发生翻转, 从而形成一个受控非 门) , 其操控最短在

200 皮秒内完成.相对于 目前国际上电子自旋两量子比特的最高水 平,两电荷量子比特的操控速度提高了数百 倍,实现了世界上最快速的两电荷比特量子 受控非门. 半导体量子芯片的实现 本版图片来源: 百度图片 现在或许还 无法准确预测 量子计算时代 何时到来,但在 科学家看来, 已 经没有什么原理 性的困难可以阻 挡这种革命性产 品的诞生了. 军事空间 攻防兼备的 M1A1 艾布拉姆斯 主战坦克 厄尔尼诺来袭的警报怎么拉响姻本报记者赵广立印度尼西亚丛林燃起创纪 录的林火、印度雨季降水的明 显减少、埃塞俄比亚和索马里 所在的非洲之角地区的洪涝 ……17 年来最强的一次厄尔 尼诺现象真的来了.据联合国 机构世界气象组织

11 月16 日 播报, 今年以来, 热带地区和亚 热带地区正在经历的严重干旱 和毁灭性洪灾已经佐证了这次 厄尔尼诺现象的暴发. 并且, 这 次暴发最近正变得 成熟和强 壮 , 预计今年年底将更强大. 厄尔尼诺事件来势汹汹, 然而人们对它的造访仅限于从 历史记录中总结的 规律 : 约每 2~7 年发生一次.这显然太过 粗略.因此, 如何准确地对厄 尔尼诺现象进行预报, 成为摆 在地球物理科学家面前的当 务之急. 《中国科学报》 记者就此采 访了中国科学院大气物理研究所副研究员郑 飞,他的研究工作之一就是厄尔尼诺事件的模 式预测,他近年发展的一个 大样本的 ENSO (厄尔尼诺 - 南方涛动) 集合预报系统 目前就 在最新落成的 地球系统模拟装置 原型系统 (以下简称地球系统模拟器) 上进行仿真演算. 厄尔尼诺预报存挑战 事实上, 早在去年

5 月份, 世界范围内多个 气象预报部门均对 2014~2015 年的厄尔尼诺事 件有了警觉和预测, 只是, 那时大家对于这次厄 尔尼诺事件的强度各执一词. 对厄尔尼诺的预测, 特别是对它的强度预 测仍存在需要解决的问题. 郑飞告诉记者, 国 际上有超过

20 家专业机构今年

6 月份对厄尔 尼诺关键区的海温变化进行预测,其中不乏利 用超级计算机计算得出的结果,但其差异都比 较大,其中几家专业机构的预测结果甚至是达 到或超过

1997 年、

1998 年厄尔尼诺的强度. 这缘于不同模型之间的差异, 这种预报的 差异也受模型的初值和使用数据的影响. 郑飞 举例说, 按照他们的模式

10 月份得出的最新结 果, 这次厄尔尼诺事件的峰值强度接近 2.5℃左右(赤道中东太平洋平均海温高出历史平均海 温0.5℃并持续

6 个月以上即被视为发生一次 厄尔尼诺事件) , 而欧洲中期天气预报中心得出 的结果最高超过 3℃. 郑飞介绍说, 不同预报模式之间, 不仅系统 算法不同, 各自所需的数据资料也有差别. 预报 厄尔尼诺关心的海表温度、 次表层海温、 海表高 度以及大气风场等数据,在不同模式中的作用 和使用情况各异. 显然, 算法和数据越复杂, 对处理和计算它 们的计算机要求就越高. 目前, 郑飞等人的预报 模式正是最新引入了大气风场等数据作为预报 初始条件, 得出的预报结果水平较高. 不过, 郑飞指出, 由于人们对影响厄尔尼诺 事件的物理机制的认知程度有限,对初始误差 和随机过程如何影响厄尔尼诺预报不甚明了, 造成目前大部分模式只能够提前

6 个月给出较 为可信的预报.同时对极端事件的强度预报偏 弱,导致了目前的厄尔尼诺预报水平并不能满 足防灾减灾的需求. 比如对于我国夏季气候趋势预测而言, 就 需要提前 9~12 个月左右提供可信的厄尔尼诺 预报结果. 因此, 如何进一步提高厄尔尼诺预报 准确率, 并延长厄尔尼诺预报时效, 是国际上的 研究热点和极具挑战性的问题. 郑飞提出, 这 要求高性能计算机和预测模型的发展同步. 高性能计算机来配合 谈及刚刚把预报模型 搬家 到新的高性能 计算环境, 郑飞颇有感触: 比起之前所使用的旧 机器, 在 地球数值模拟装置 原型系统上 跑 一遍模型, 原来需要一个多小时的运算, 现在只 需要

20 分钟左右就完成了. 计算效率没得说, 这台设备针对地球系统 模式进行过优化设计,在计算效率和能耗方面 有很大改观. 郑飞告诉记者, 为能更准确地提 供未来海温的演变趋势和发展强度,他们利用 地球系统模拟器至少每月进行一次滚动预报, 以及时更新预报结果. 计算效率的提升, 为他们 省出来大把的工作时间. 地球系统数值模拟装置 原型系统是中科 院大气物理所联合曙光公司、 中科院计算所、 网 络中心专门针对地球系统模式设计、制造的一 台高性能计算机系统.郑飞研究团队所做的厄 尔尼诺模型预报是其承担的其中一项任务, 它 更重要的任务是运转 地球系统模式 , 大气、 海洋、 陆面、 植被、 生态等的地球过程悉数包括在 内, 空间尺度覆盖全球, 是迄今为止最复杂的超 级计算项目之一. 在地球系统模拟器这片海里, 我们就是 一条小鱼, 游起来当然自由自在. 郑飞调侃 道.不过, 他告诉记者, 有了地球系统模式的仿 真模拟, 地球系统的演变过程就可以更接近真 实, 这也就给预测厄尔尼诺现象带来的影响提 供了契机. 厄尔尼诺的预报是一方面, 我们更关注 的是厄尔尼诺究竟会带来什么影响.对我国来 说, 我们认为厄尔尼诺的影响一般会造成我国 一些极端气候事件的发生, 但究竟对冬天气候 的影响如何, 夏季的旱涝分布随厄尔尼诺事件 发生的阶段如何变化、 强度到什么程度, 甚至 是否还涉及其他的影响, 这些都是我们希望借 助地球系统模式做出来的. 郑飞说, 有了相匹 配的高性能计算机的配合, 上述问题都有希望 得到解决. 有媒体报道,埃及坦克生产厂和美国通用 动力地面系统公司已正式签订合作协议,两国 将重启 M1A1 艾布拉姆斯 主战坦克、 武器系统 和配件的共同生产项目. 生产完成后, 埃及将装 备1130 辆M1A1 坦克. 早在

2011 年, 埃及订购了

125 辆M1A1 艾 布拉姆斯 主战坦克, 但由于

2013 年埃及军事 政变, 美国政府中断了此订单的交付, 同时停止 对埃及提供军事援助.

2015 年3月, 美国恢复了 军事援助. M1A1 艾布拉姆斯 坦克是第二次世界大 战以来, 美国陆军装备发展的侧重点. 因为它既 是保护士兵免受敌人猛烈火力打击的重型装甲 战车,也能变身为快速进出战斗区并使被命中 概率降至最低程度的轻型车辆. M1A1 艾布拉姆斯 坦克属于 艾布拉姆 斯 坦克家族, 自1980年问世以来, 20年间先后 经历了M

1、 M1A

1、 M1A2和M1A2SEP等发展阶 段. M1A1 艾布拉姆斯 坦克是M1系列坦克的 第二种改进型,其前身是M1和IPM1坦克, 属 于战后的第三代主战坦克, 1985年开 始在美军服役,现已成为美国陆军主 力坦克. 这个排行老二的坦克重57吨,有4名 乘员. 最大速度66.8千米/小时. 如果准备 充足, 最深可涉水 1.........