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量子计算技术究竟走到了哪一步?

导读: 作为一个热门概念,我们经常听到量子计算又有新突破的消息。但很少人清楚,今天的量子计算技术究竟走到了哪一步?到底有多少种实现量子计算的方式?本文将对这两个问题进行全面梳理,介绍如今各技术流派的发展,以及各科技巨头的研究情况。

  作为一个热门概念,我们经常听到量子计算又有新突破的消息。但很少人清楚,今天的量子计算技术究竟走到了哪一步?到底有多少种实现量子计算的方式?本文将对这两个问题进行全面梳理,介绍如今各技术流派的发展,以及各科技巨头的研究情况。

  坚持囚禁离子技术的量子计算公司

  美国量子计算机初创企业 ionQ 有三位核心成员:马里兰大学物理学家 Chris Monroe,杜克大学电气工程师 Jungsang Kim, 以及原本供职于美国情报部门 IARPA(“高级研究计划署”)的 David Moehring。其中,前两位是公司创始人,是研究囚禁离子(trapped ions)的专家。而 David Moehring 是他们雇来的 CEO。

  今年九月,这三位还在马里兰大学讨论量子计算的前景,包括为什么利用囚禁离子能制造出理想的量子计算机––它有完美的再现性(reproductivity),长生命周期,不错的激光可控性。

  这三人有一个共同观点:量子计算的黄金时代即将到来。它将利用量子力学,为电脑运算带来指数级得巨幅加速。持同样观点的不仅仅有他们。科技巨头英特尔、微软、IBM,谷歌都在向量子计算投入千万美元的研发资金。但是,他们在对不同的量子计算技术下赌注–––没有人知道,采用哪种量子比特(qubit)能造出有实用价值的量子计算机。

量子计算技术究竟走到了哪一步?

图表:量子计算五大技术流派

  被看做是量子计算领域领头羊的谷歌,已经做出了选择:极小的超导电路。谷歌已制造出 9 量子比特的机器,并计划明年增加至 49 量子比特。这是一个极为关键的门槛。学者预计,在 50 量子比特左右,量子计算机就能达到“量子霸权”(quantum supremacy)。这是加州理工学院物理学家 John Preskill 发明的名词,用来指示“量子计算机在一些领域有传统计算机所不具有的能力”,比如在化学和材料学里模拟分子结构,还有处理密码学、机器学习的一些问题。

  IonQ 团队并没有因谷歌的成功而气馁。Jungsang Kim 说:“我不认为谷歌能在下个月宣布成功研制量子计算机。退一步讲,即便他们成功了,游戏也不会结束。” IonQ 坚持使用囚禁离子,它是世界上第一个量子逻辑门背后的技术。那是一个 1995 年完成的项目,Chris Monroe 是参与者之一。使用精确调整的激光脉冲,Monroe 能把离子打入持续数秒的量子态, 这远超谷歌的量子比特。Jungsang Kim 开发了一个把不同离子群连接到一起的模块化方案。如该方法奏效,ionQ 就能快速扩大量子比特的规模。但直到现在,他们只成功地把五个量子比特加入到可编程设备中。

  Chris Monroe 承认,现在很多人把囚禁离子看作是“害群之马”,但他坚信,将来人们会蜂拥加入到囚禁离子阵营中。

  是否会如此还很难说。但有一件事是肯定的:制造量子计算机已经从科学家们的一个遥远的梦想,变成了科技巨头们想要立刻实现的目标。ionQ 就是这浪潮中想要分一杯羹的参与者。虽然超导量子比特技术现在是行业领头羊,专家们认为,现在宣布超导量子比特的胜利,还为时过早。量子信息学非正式院长 Preskill 说:“不同的量子技术在同时发展,这是一件好事。因为很可能会有惊喜发现,然后带来量子计算领域的革新。”

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