有了基本的物理思想和数学框架,去实现量子计算还是有一定的困难。早在2000年初IBM的首席科学家Divincenzo,提出了量子计算必须要满足的7条标准(Divincenzo Criteria)[1],确切的说应该是5条标准后面两条只是必要条件:

1、具有充分可操控性和扩展性的量子比特。首先能够有一个比较理想的体系实现量子比特的编码,光子的极化,电子自旋,或者是原子能级等。如果想要计算大规模的数据则需要把多个量子比特“集成”在一起。每个量子比特之间互相联系。

2、能够把量子比特初始化(制备)最简单的初态。在进行量子计算的时候,需要初始化到初态,这样可以为后面需要用到的量子纠错资源做铺垫。

3、量子点的退相干时间比较长(退相干的时间要比量子操作的时间长)。在现实的物理体系进行量子计算,所有的量子操作要在量子退相干之前完成,才能保证量子操作的保真度(Fidelity)。

4、能够实现任意的单量子门和CNOT门操作。任意的两量子以上门都可以通过单比特量子门和CNOT门进行构造[2][3]。所以如果能够实现任意的的单量子门和CONT门,则可以实现量子计算中的所有的门操作。

5、具备有一定的量子测量能力,也即末态信息可以通过测量被读出。

6、具有一定的能力:能够使得固定比特和飞行比特进行相互转换。

7、具有一定的传输能力:使得飞行比特能在指定的位置进行传输。

上面只是列出,要实现量子计算的基本要求。虽然只有一个字只差,但是要想实现量子计算机又是另一回事。量子计算机首先要具有上面五条基本要求,其次还有额外的要求。接下来就来谈谈这个所谓的额外要求。

如果从广义上来说,摘要利用量子比特性能制造出的计算机,都叫量子计算。包括IBM  5qubit 量子计算平台,D-Wave,也包括我国2017年5月宣布的10光子计算机。这些是量子计算机么?广义上:的确是。而标准的量子计算机,有一严格的标准:在处理某种算法(可以人为设计),量子计算机是远远优于经典计算机。所以现在很有意思的是某某机构宣称,制造出XX量子比特的量子计算机。大家一脸哗然。然而他们被要求进行算法测试的时候就蒙了,原来我制造的还不是量子计算机哦!感兴趣的朋友可以去关注一下2014年D-wave算法测试。当然要进行算法测试,是任何机构想夺取量子计算至高权不可回避的问题。除此之外还必须满足下面一点,量子比特的数目要在49个以上。就拿50个qubit来说,其希尔伯特空间维度2^50,其数据处理能力,在理论上是可以超过神威太湖之光得计算能力。对于实现50个以下的量子比特计算机,并没有什么大的意义。

 

标准量子计算-量子客

D-Wave量子计算机

2018年年Google推出的72Qubit——Bristecone量子处理器,其错误率能够降到1%。国内很多新闻,不明就里的就来个标题党“谷歌宣布实现了72量子比特计算机”。首先量子处理器和量子计算机是两回事。前者是芯片,后者是一个实体。其次这个芯片是利用9个相同模式的量子比特进行耦合,然后依次扩展出去,并非实现了两两量子比特之间的耦合。从严格意义上来讲并不能称之为72量子处理器。中国的10光子量子计算机,利用的是10个光子之间的纠缠,相比于Google的9个量子比特单元来说还是有1比特的优势。

标准量子计算-量子客

量子芯片

 

参考文献

[1] Divincenzo, David P. 2000. The Physical Implementation of Quantum Computation[J]. Fortschritte Der Physik,48(9-11):711-783

[2]Barenco A, Bennett C H,Cleve R, et al.1995.Elementary gates for quantum computation[J].Phsical Review A,52(5):3457

[3]Phoenxi S J D,Knight P L.1991. Establishment of an entangled atom-field state in the Jaynes-Cummings model[J].Physical Review A,44(9): 6023

本文由量客专栏作者 Peter.Yi  撰稿  未经授权谢绝转载