,變成經(jīng)典的串行運算,這是
量子計算機研究的主要障礙
。
即便量子計算機的研究已經(jīng)出現(xiàn)諸多成果,但還處在早期發(fā)展的階段
。倘若類比經(jīng)典計算機
,今天的
量子計算機幾乎是位于經(jīng)典計算機的電子管時代,就連最底層的物理載體還沒有完全形成
。
目前主流的技術(shù)路徑有超導(dǎo)、半導(dǎo)、離子阱
、光學(xué)以及
量子拓撲這五個方向,前四種路徑均已制作出物理原型機
。各國科學(xué)家研究比較多
、也相對成熟的有超導(dǎo)
量子計算、半導(dǎo)
量子點
量子計算等
。
超導(dǎo)量子計算的核心單元是一種“超導(dǎo)體-絕緣體-超導(dǎo)體”三層結(jié)構(gòu)的約瑟夫森結(jié)電子器件,類似晶體管的PN結(jié)
。其中間絕緣層的厚度不超過10納米
,能夠形成一個勢壘,超導(dǎo)電子能夠隧穿該勢壘形成超導(dǎo)電流
。與其他
量子體系相比
,超導(dǎo)
量子電路的能級結(jié)構(gòu)可通過對電路的設(shè)計進行定制
,或通過外加電磁信號進行調(diào)控
。而且,基于現(xiàn)有的集成電路工藝
,約瑟夫森結(jié)
量子電路還具有可擴展
性。這些優(yōu)點使超導(dǎo)
量子電路成為實現(xiàn)可擴展
量子計算最有前景的物理方案之一。
量子點量子計算
,是利用了半導(dǎo)體
量子點中的電子自旋作為
量子比特。
量子點是一種有著三維
量子強束縛的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)
,其中電子的能級是分立的
,類似于電子在原子中的能級結(jié)構(gòu),因此被稱為“人造原子”
。
量子比特編碼在電子的自旋態(tài)上
,使用微波脈沖或者純電學(xué)的方法進行單
量子比特操控
。
量子點方案的優(yōu)點則是
量子位可以是嵌套在固態(tài)
量子器件上
,這與經(jīng)典計算機的大規(guī)模集成電路的設(shè)計相似,被認為是最有可能實現(xiàn)大規(guī)模
量子計算機的候選方案
。
量子計算機的運算速度取決于其能夠操控的量子比特數(shù)
。由于消相干的存在
,操控
量子比特難免出現(xiàn)錯誤
,從而計算失效。以超導(dǎo)
量子計算為例,一億次的操控最多只允許犯一次錯誤
。操控
量子比特難度如此之大
,以至于早期許多科學(xué)家認為
量子計算機不可能制造出來。
目前而言
,超導(dǎo)
量子芯片要比半導(dǎo)體
量子芯片發(fā)展得更快
。2019年,谷歌公司發(fā)布了53個超導(dǎo)
量子比特的
量子計算原型機“懸鈴木”
。2020年12月4日,中國科大潘建偉團隊構(gòu)建起76個光
量子的
量子計算原型機“九章”
,處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計算機快一百萬億倍
。
不過,無論是“懸鈴木”還是“九章”
,目前都只是僅能夠處理運算特定數(shù)學(xué)問題的“原型機”
。而我們的“星辰大海”是造出有大規(guī)模容錯能力的通用
量子計算機。畢竟
,
量子時代的“未來已來”,超強的
量子計算值得期待
。
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