蜀道难,难于上青天。。。。自从费曼提出量子计算机模型到目前为止,量子计算机是否真正的实现,这是值得深思的问题。2016年IBM推出 quantum experience的5量子比特量子计算云服务,到现在Google推出的72量子比特的Bristlecone。很多人看到新闻可能会有疑问了,量子计算机到底实现了么?如果已经实现了,为何没有推广普及?

量子计算机的蜀道难-量子客

量子计算机,在国内也是一个非常热的话题,BAT各自都建立有量子计算实验室,有的甚至和高校进行合作。因为大家都意识到,量子计算将是下一个信息革命的“屠龙宝刀”。如果谁能先占有先机,势必会影响到未来的经济或者企业的布局。下面笔者,就谈谈对量子计算机的浅薄看法。

首先量子计算机为什么这么难造出来?其实我们要知道,量子计算机是基于量子力学的一种物理装置。它的处理信息是以Qubit 为单元,qubit通常用电荷的自旋或者原子的能级进行编码。而量子计算机则正是利用多个量子比特之间的相干(纠缠)进行信息的处理。当原子比较小的时候,其动能是比较大的,根据热统E=1/2kT可以估计出在常温下的粒子的动能,在常温下粒子的运动速度可以达到10^5m/s,其动能是比较大的,对其操控是没办法进行。除非降低温度让粒子冷却下来,这样其运动就减弱便于量子门操作,所以我们通常可以看到,小型的量子计算机都有一个稀释制冷装置,其温度大约135mk。那么问题来,我们降低温度对量子比特进行操作的时候,难免会破坏量子比特之间的相干性,(可能是外界的噪声,磁场等),而我们就是想利用量子相干性进行量子信息处理。所以这个问题就是一个很微妙的问题,实验上一方面想利用量子的相关性进行量子计算,但是进行量子操作的时候又会破坏量子相干性。如何在这两者之间取得一个平衡,对实验上来说是一个很大的挑战。这就好比想马儿跑,又想马儿不吃草。这也就是为何,量子计算机为什么比较难以制造和普及。

现在粒子操控能力已经取得了突破,但是还需要延长粒子与粒子之间的退相干的时间。也即在量子比特的相干性减弱到无法被利用的阶段之前,完成所有的量子操作。这样的话量子计算机才可能更高效。通常量子计算机方案有一下几种:光量子计算机,Cavity QED,离子井,NMR,量子点,NV center等,这些方案我们会在后面的文章,做一个详细的介绍。