量子计算机不再遥不可及 已经接近打败传统计算机

　　华强电子网(hqew.com)讯：有一件事是确定无疑的：打造一台量子计算机已经不再是一些科学家的遥远梦想了。专家认为超导量子比特可能已经获得了领先的发展势头，但现在要说哪种技术已获胜还为时尚早，这些技术仍在齐头并进地开发着。

量子计算机快但很脆弱

　　量子比特能秒杀传统计算机比特得益于两个独特的量子效应：量子叠加和量子纠缠。量子叠加能让一个量子比特的值不单止于0或1，而是在同一时间同时具备这两种状态，这可以实现同步计算。量子纠缠能让一个量子比特与空间上独立的其他量子比特共享自身状态，创造出一种超级叠加，每个量子比特的处理能力因此翻倍。理论上，只要300全纠缠的量子比特就能支持比宇宙中原子数量更多的平行计算。

　　这种大规模并行可能在很多任务上并没有价值——没有人认为量子计算机会彻底改变文字处理或电子邮件。但其可以极大地加速被设计用来同时探索大量不同路径的算法，例如，大数据搜索和发现新型的化学催化剂。量子计算机也可以在物理学领域被用来模拟黑洞或其他现象。

　　但还有很多工作要做。量子叠加态和纠缠态非常脆弱。来自环境的轻微扰动就能将其破环——甚至对其进行观测就会破坏其状态。量子计算机需要被保护起来，以免受耶鲁大学物理学家Robert Schoelkopf所说的“经典混沌之海”的干扰。Shor和其他一些学者也证明，从理论上说通过邻近的量子比特来纠正错误，一直保持脆弱量子比特的稳定性是可能实现的。

各大巨头多管齐下

　　随着世界各地政府将大把经费投向量子物理研究团体，其他一些类型的量子比特开始出现了。21世纪初，束缚离子的概念受到了另一个新概念的挑战：由超导体制成的回路。这里所使用的超导体是一种带有振荡电路的金属材料，其在冷却到接近绝对零时没有电阻。量子比特的0和1与不同的电流强度相对应。回路通过肉眼便可以观察，不需要用到激光，用简单的微波电子技术就可以控制，制作过程只需要使用常规的计算机芯片制造技术。此外，回路的运行也非常快。

　　但超导体有一个致命的弱点：环境噪音。即使是用来控制它们的电子设备，都能在不到一微秒内打乱其量子叠加态。但工程技术的发展已经将回路的稳定性提高了至少100万倍，所以现在它们保持叠加态的时间可以达到几十微秒，虽然维持时间仍比离子短得多。

　　2007年，加拿大本那比D-Wave Systems公司发布了一则令人震惊的消息，它宣布研制成功了16个量子比特的超导量子计算机。该计算机所依赖的是一种叫做量子退火的技术，在这种技术当中，量子比特可以和邻近的量子比特纠缠，交互产生一个单独的整体量子态，而不是一系列并行计算。

　　尽管批评声接踵而至：D-Wave甚至没有尝试解决那些对量子计算来说至关重要的问题，例如纠错。但各大公司仍对这种设备趋之若鹜，谷歌和洛克希德马丁公司都成了D-Wave的客户。D-Wave让一些公司开始展开思路。“它让我们睁开了双眼，D-Wave的出现预示着这个市场正在形成，需求已经出现。”Monroe说。

　　而英特尔在2015年宣布，将对源自荷兰代尔夫特科技大学的QuTech公司投入5000万美元，开发硅量子点。它也经常被称为“人工原子”，每个点量子比特是一块小材料，其中结构就像原子一样，电子的量子态可以用来表示0和1。不同于离子或原子，量子点不需要用激光。“我认为英特尔的心脏是由硅组成的。”QuTech科学总监Leo Kouwenhoven说，“这就是为什么他们拥有如此地位的原因。”

　　微软的行动看起来更加有远见：基于非阿贝尔任意子的拓扑量子比特。而谷歌已经招募到了加州大学圣塔芭芭拉分校超导量子比特专家John Martinis。7月，Martinis的团队用3个超导量子比特成功地模仿了一个氢分子的基态能，证明量子计算机和常规计算机一样具备模拟简单量子系统的能力。

　　与此同时，Monroe正在和束缚离子研究中遇到的挑战“缠斗”。束缚离子的量子比特可以维持数秒的稳定，这一特性得益于真空腔和电极的作用，它们可以在外部噪声存在的情况下维持量子比特的稳定。

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