科学技术是第一生产力。工业文明的前浪早已深入人心，信息科技也正挟裹着我们澎湃向前，而科学技术的下一个后浪将在何方涌起？中国科普博览联合知乎，邀请“格致论道”讲坛演讲嘉宾、中国科学技术大学陆朝阳教授在“未来科学后浪再起”发起提问，邀请多位网友讨论。
无论是科学技术的下一站，还是陆老师的问题，其实都很难，我们也许暂时无法获得100分的答案，但在不断地思考、讨论和交流中，相信我们能够不断地接近那个最好的答案。让科技孕育下一代科技，从未来洞悉下一个未来，才能在大国竞争中不落人后。
问题：量子纠缠和量子计算做到一百万个量子比特，主要有哪些挑战？
来自@思量的回答：这个问题刚好问到我要做的方向上了，目前博一还没开学，但是看了一点文献。稍微整理了一点点东西，新手上路，难免会有疏漏，还希望各位大佬能不吝赐教，小菜鸟在这里就当抛砖引玉了。
量子比特（quantum bit也叫qubit），是量子信息中的计量单位。
科学家试图证明受量子物理学指导的量子计算机（Quantum Computer）可以胜过传统计算机——量子优势（quantumsupermacy）。为了证明量子优势，近期的目标是开发一种无法用常规超级计算机模拟的量子装置，因此，研究人员正在努力扩展多量子位系统。目前量子比特有两个潜在的大方向，光量子比特和超导量子比特。将来哪个方向是主导目前还没有一个定论，我将来做的是超导量子比特。
量子比特要做到更高位，涉及的难点非常多，能不能做出来也将决定量子计算机能不能投入实际应用。目前量子计算面临的技术挑战有这些：
一、量子比特本身不能抑制噪声传统计算机和量子计算机之间的主要区别之一是它如何处理系统中小的不需要的变化或噪声。由于传统比特位是1或0，因此即使该值略有偏离（系统中存在一些噪声），对该信号进行的运算也很容易消除该噪声。
实际上，当今的构建计算机的传统逻辑门只能在比特位上操作，具有很大的噪声余量——它们可以抑制输入中的大变化并仍然产生无噪声的输出。相比之下量子比特容错率极低。因为量子位可以是一和零的任何组合，这当中涉及到相位。所以量子位和量子门不能轻易地抑制物理电路中出现的小错误（噪声）。这就使得在创建所需的量子运算时一旦出现小错误，或者耦合到物理系统中存在任何杂散信号，最终都会导致在计算中出现错误的输出。
因此，对于在物理量子位上运行的系统来说，最重要的设计参数之一就是错误率。低错误率目前很难实现，即使在2018年年中，具有5个或更多量子比特的系统上，量子比特操作的错误率也超过百分之几。
二、无误差量子计算需要量子错误校正（Quantum Error Correction）既然降噪难度这么大，那可不可以发展一个纠错方式呢？
尽管量子位操作对噪声敏感，但是我们可以在物理量子计算机上运行量子错误校正（QEC）算法，以模拟无噪声或“完全错误校正”的量子计算机。如果没有QEC，复杂的量子程序（例如实现Shor算法的程序）不太可能在量子计算机上正确运行。但是，QEC在模拟和执行方面都会产生大量损耗。尽管QEC对于将来创建无误差的量子计算机至关重要，但它们需要的的资源过于庞大，无法在短期内使用。
在短期内，量子计算机的计算还是会出错。
三、大数据输入不能被高效载入至量子计算机
虽然量子计算机可以使用少量的量子位来表示大量的数据，但目前尚没有一种将大量经典数据快速转换为量子状态的方法。对于需要大量输入的问题，创建输入量子状态所需的时间通常要占据计算时间，并大大降低量子优势。
四、量子算法设计难度较大
测量量子计算机的状态会将大的量子状态“坍缩”成单个经典结果。这意味着一个人只能从一台量子计算机中提取与从相同大小的经典计算机中可以提取的相同数量的数据。为了获得量子计算机的好处，量子算法必须独特地利用诸如干扰和纠缠之类的量子特征才能获得最终的经典结果。因此，要实现量子加速，就需要全新的算法设计原理和非常聪明的算法设计。量子算法的开发是该领域的关键方面。
五、量子计算机将需要一个全新的软件栈
与所有计算机一样，构建有用的设备比仅创建硬件要复杂得多，需要工具来创建和调试特定于量子计算机的软件。由于量子程序与传统计算机程序不同，因此需要进行研究和开发以进一步开发软件工具堆栈。由于这些软件工具驱动硬件，因此硬件和软件工具链的同时开发将缩短量子计算机的开发时间。目前量子计算机软件设计的思路依然是参考了经典计算机设计中使用的方法。
六、量子计算机的中间态无法被直接测量
调试量子硬件和软件的方法至关重要。当前用于经典计算机的调试方法依赖于内存和中间计算机状态的读取。在量子计算机中，这都是不可能的。按照不可克隆（no-cloning）定理，量子状态不可以像传统逻辑门扇出那样简单复制以供以后检查，并且对量子状态的任何测量都会将其坍缩为一组经典比特，从而使计算停止。新的调试方法对于大规模量子计算机的开发至关重要。
本回答已经由提问者陆朝阳老师审核，点击此处阅读原文。