量子计算机今年将走出实验室 - 新闻 - 科学网

　　量子计算一直被认为是20年后才能实现的技术。然而，2017年可能是该领域改变其研究限制的一年。

　　计算巨头谷歌和微软最近聘请了一些重量级人物，并在今年设定了一些具有挑战性的目标。他们的野心反映了量子计算从纯科学到工程学的转变。

　　人们真的在建造一些东西。 IonQ的联合创始人，美国马里兰大学的物理学家克里斯托弗·门罗（Christopher Monroe）说，我从来没有见过这样的现象，量子计算不仅仅是科学研究。

　　“自然”杂志报道说，Google在2014年开始研究基于超导的量子计算机。它希望将量子统治命名为今年或以后最强大的传统计算机之外的量子里程碑。而其竞争对手微软把这个赌注押在一个有吸引力但未经证实的概念拓扑量子计算上，并希望首先实现它。

　　量子计算创业公司也很火爆。门罗计划在2017年初发起一轮招聘。耶鲁大学物理学家兼创始人Quantum Circuits的联合创始人Robert Schoelkopf和IBM应用物理学家兼Rigetti创始人Chad Rigetti表示，他们很快就能在关键技术。

　　学术实验室也处于类似的转折点。我们展示了所需的组件和所有功能。 Schoelkopf说。然而，Schoelkopf等。认为虽然所有组件都需要一起工作，并需要一系列物理实验，但现在的主要挑战是工程设计。

　　目前量子计算机的最大量子位（20）已经开始在学术实验室中进行测试。例如，Rainer Blatt领导的一个研究小组正在奥地利因斯布鲁克大学工作。

　　传统量子计算机信息进入量子比特进行编码，有两种状态：0或1.然而，构成量子计算机的量子比特也可能处于迭加状态，即同时或两者兼而有之。这种迭加与量子比特共享量子态（纠缠）的能力相结合，使计算机能够立即执行任何类型的计算。而且，理论上，每增加一个量子位，该数字就会加倍，这导致计算速度呈指数级增长。

　　这个速度使得量子计算机可以执行任何特定的任务，例如在大型数据库中搜索，这在传统计算机速度较慢的情况下可能是不可能的。量子计算机也可以成为一个研究工具：演示量子模拟，化学家可以通过不可预知的细节理解，或者让物理学设计可以在室温下超导的材料。

　　目前关于如何构建量子比特有许多建议。但是，由于存储信息的能力和持续时间的长短，这两种主要方法逐渐脱颖而出。尽管量子态仍然容易受到外部条件的干扰，但量子逻辑门仍然存在困难。

　　其中一种方法是由Schoelkopf推广，并被Google，IBM，Rigetti和Quantum Circuits采用。该方法涉及在超导周期中将量子态编码为振荡波。 IonQ和一些主要实验室喜欢的另一种方法是将量子位编码为单个离子，并将其放置在真空收集器的电磁场中。

　　2014年领导该团队到加州大学圣巴巴拉分校的约翰·马丁尼斯（John Martinis）表示，超导技术的成熟使他的团队能够为量子统治设定一个大胆的目标。

　　Martinis团队计划使用混沌量子算法来实现这个目标。这个算法的输出看起来像一个随机的输出。但是，如果算法是在一个量子计算机上运行的，而量子计算机的量子比特数很少，那么传统的机器也可以预测最终的输出，但是一旦量子机器的量子比特接近50，即使是大的，传统的超级计算机也是困难的。

　　这个计算的结果可能没有用处，但是他们试图解释说有一些量子计算机无法克服的任务。马丁尼斯说：我们认为这将是一个对未来具有重大意义的实验。

　　但Schoelkopf并没有将量子统治视为一个非常有趣或有用的目标，部分原因是它避免了纠错的挑战：一旦系统受到外部环境的轻微干扰，系统恢复其信息流动的能力。的量子增加，变得越来越难。相反，量子电路从一开始就建立了错误校正机器。这需要设置更多的量子位，机器可以运行更复杂的量子算法。

　　梦露希望尽快实现量子优势，但这不是IonQ的主要目标。这个初创公司的目标是建立一个32或64个量子位的计算机。相对于超导电流技术，离子阱技术将使其设计更加灵活和可扩展。

　　同时微软的拓扑量子计算依赖于物质的刺激，即通过量子纠缠来编码信息，这些量子位上存储的信息将更能抵抗外界的干扰，更容易纠错。

　　但是没有人能够创造这种刺激所需的物质状态，更不用说拓扑量子比特了。但是，微软已经聘请了四名领导人，包括荷兰代尔夫特大学的Leo Kouwenhoven，来创造看起来是正确的刺激方式。

　　我告诉我的学生，2017年是一个转折点。库文霍文说。 （张璋编）

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　　自然报告（英文）