量子計(jì)算機(jī)概念提出30年 四種技術(shù)途徑有望實(shí)現(xiàn)

1、.量子計(jì)算機(jī)概念提出30年 四種技術(shù)途徑有望實(shí)現(xiàn)1981年，美國(guó)物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼提出，人們可以研制出“遵循量子力學(xué)法那么的微型計(jì)算機(jī)。他認(rèn)為，這樣的量子計(jì)算機(jī)可能是模擬現(xiàn)實(shí)世界量子系統(tǒng)的最好方式。自那時(shí)起，各國(guó)科學(xué)家一直在馬不停蹄地研制量子計(jì)算機(jī)，但結(jié)果始終不盡如人意。不過(guò)，據(jù)美國(guó)?紐約時(shí)報(bào)?11月8日?qǐng)?bào)道，科學(xué)界最近涌現(xiàn)出的一些進(jìn)步重新點(diǎn)燃了科學(xué)家想方設(shè)法組建更強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)的熱情。在美國(guó)和歐洲的實(shí)驗(yàn)室中，科學(xué)家正在使用不同的技術(shù)研制計(jì)算才能超強(qiáng)的量子計(jì)算機(jī)?；谖㈦娮又圃旒夹g(shù)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算其中最引人注目的是IBM國(guó)際商用機(jī)器公司的嘗試，而其所依賴的正是耶魯大學(xué)和加州大學(xué)圣巴巴

2、拉分校過(guò)去幾年在量子計(jì)算領(lǐng)域獲得的進(jìn)展。兩個(gè)學(xué)校的研究團(tuán)隊(duì)分別將超導(dǎo)材料錸和鈮鋪展在一個(gè)半導(dǎo)體的外表，該半導(dǎo)體在被冷卻到絕對(duì)零度左右時(shí)會(huì)表現(xiàn)出量子行為。這些科研成果說(shuō)明，人們可以基于標(biāo)準(zhǔn)的微電子制造技術(shù)進(jìn)展量子計(jì)算。IBM公司的托馬斯·沃森研究中心組建了一支龐大的研究團(tuán)隊(duì)，正在開(kāi)展一項(xiàng)為期5年的研究工程。該公司科學(xué)家戴維·迪文森佐表示，IBM非常希望能在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域獲得重大打破。使用量子糾纏來(lái)獲取信息量子計(jì)算機(jī)的根本元件是量子比特。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)用電位上下表示0和1以進(jìn)展運(yùn)算，量子計(jì)算機(jī)那么用原子的自旋等粒子的量子力學(xué)狀態(tài)來(lái)表示0和1，稱為量子比特。在量子效應(yīng)的作用下，量子比

3、特可以同時(shí)處于0和1兩種相反的狀態(tài)量子疊加，這使量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)進(jìn)展大量運(yùn)算，比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快得多。根據(jù)量子力學(xué)的根本原理，一個(gè)量子比特可以同時(shí)有兩種狀態(tài)；兩個(gè)量子比特那么可以同時(shí)表示4種狀態(tài)；三個(gè)量子比特可以同時(shí)表示8種狀態(tài)等等。隨著量子比特?cái)?shù)目的增加，其運(yùn)算才能也呈指數(shù)級(jí)增加。當(dāng)然，這其中也面臨著一定的困難。測(cè)量或者觀測(cè)一個(gè)量子比特的行為可能會(huì)剝奪其計(jì)算潛力。于是，研究人員使用了量子糾纏來(lái)獲取信息。在量子糾纏中，粒子被連接在一起，測(cè)量其中一個(gè)粒子的屬性便可以直接提醒另一個(gè)粒子的相關(guān)信息，不管這兩個(gè)粒子相距多遠(yuǎn)。但是，如何進(jìn)一步高效地?cái)U(kuò)展糾纏的量子比特?cái)?shù)目并讓其維持這種糾纏狀態(tài)，正是量子信息

4、研究領(lǐng)域遭遇的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。耶魯大學(xué)的羅布·舍爾科普夫表示，目前他們正在研發(fā)一種量子比特，其工作方式與集成電路的方式一樣，這樣，科學(xué)家就可以同時(shí)讓多個(gè)量子比特處于糾纏狀態(tài)。盡管量子比特的數(shù)量增加得很慢，研究人員控制量子交互作用的準(zhǔn)確度已經(jīng)進(jìn)步了1000倍。加州大學(xué)圣巴巴拉分校的研究人員表示，明年他們就能制造出計(jì)算才能翻倍的量子計(jì)算機(jī)。該校的約翰·馬丁尼斯表示，他們現(xiàn)正在設(shè)計(jì)一個(gè)具有4個(gè)量子比特、5個(gè)諧振器的設(shè)備，并方案用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的微電子組件來(lái)迫使量子發(fā)生糾纏。假如一切進(jìn)展得很順利，他們希望一年左右將該系統(tǒng)增加到8個(gè)量子比特和9個(gè)諧振器。今年6月，日本東芝公司歐洲研發(fā)部和英國(guó)劍橋

5、大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們研制出了一款新穎的光源糾纏態(tài)發(fā)光二極管ELED。ELED與半導(dǎo)體LED相似，但ELED包含有量子點(diǎn)，量子點(diǎn)產(chǎn)生的糾纏光子對(duì)可被用于計(jì)算和高精度光通信網(wǎng)絡(luò)。研究人員目前正在建立更加復(fù)雜的系統(tǒng)，并表示，通過(guò)這種方式可以研發(fā)出量子計(jì)算機(jī)。離子阱制造量子比特就目前而言，實(shí)現(xiàn)量子比特的最正確手段莫過(guò)于離子阱，也就是使用離子阱中的離子來(lái)制造量子比特。其做法是利用電極產(chǎn)生電場(chǎng)，把經(jīng)過(guò)超冷處理的離子“囚禁在電場(chǎng)里。研究人員已經(jīng)可以使用激光來(lái)讓離子糾纏。迄今為止，研究人員使用這種方法建造了8個(gè)量子比特的系統(tǒng)。而且，他們也已找到了可制造出更大系統(tǒng)的方法。目前，有超過(guò)20所大學(xué)和公司的研究實(shí)驗(yàn)室正在從事同類研發(fā)設(shè)計(jì)。用超導(dǎo)材料制成量子計(jì)算機(jī)還有一種富有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)由總部位于加拿大的D波系統(tǒng)公司研發(fā)。該公司的量子芯片使用特殊的鈮金屬元素符號(hào)Nb，一種類似于銀、柔軟的、可延展的金屬材料，在低溫下呈超導(dǎo)態(tài)，據(jù)稱其中的電流有順時(shí)針、逆時(shí)針以及順逆同時(shí)存在的混合狀態(tài)，而其正是基于此來(lái)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算。D波系統(tǒng)公司已經(jīng)建立了一臺(tái)超過(guò)50個(gè)量子比特的系統(tǒng)，但有些研究人員對(duì)此表示疑心，認(rèn)為該系統(tǒng)沒(méi)有證明真正的量子糾纏。不過(guò)，谷歌公司圖像識(shí)別技