量子计算机时代似乎近在眼前,专用的量子计算机有可能很快展现其超越经典计算机的优越性,在特定领域产生应用。而更强大的通用量子计算机,需要同时满足五个条件,还很遥远。而现在,我们已经有了提前体验量子计算机的机会。
1981年,美国物理学家费曼指出,由于量子系统具有天然的并行处理能力,用它所实现的计算机很可能会远远超越经典计算机。经过二十多年的研究,对于如何建造一台量子计算机,人们越来越清楚了。IBM的科学家David DiVincenzo 2000年提出了建造量子计算机的5点要求和两个辅助条件,为未来具有实用价值的量子计算机画出了蓝图。
这5点要求是:一个能表征量子比特并可扩展的物理系统;能够把量子比特初始化为一个标准态,这相当于要求量子计算的输人态是已知的;退相干相对于量子门操作时间要足够长,这保证在系统退相干之前能够完成整个量子计算;构造一系列普适的量子门完成量子计算;具备对量子计算的末态进行测量的能力。
两个辅助条件是:在静止量子比特和飞行量子比特之间实现量子信息的转换;具备在节点间实现量子比特传输的能力。要实现量子计算机的第一步,就是寻找合适的材料或者系统来承载量子比特。目前看来,离子阱、超导电路、金刚石色心和半导体量子点都是有希望用来做量子比特的。
加州理工学院的John Preskill教授提出了所谓量子优越性的概念。他认为,当我们可以操控的量子比特数目达到50到100个时,所做出的量子计算机,其计算能力将有可能超越目前最好的经典计算机。设计出合适的算法,就可以用这台量子计算机来完成某些特定的计算任务,解决经典计算机无法完成的问题。
虽然通用量子计算机的实现还很遥远,但是现在已经有基于量子计算的云服务了。如果你有兴趣,可以去IBM网站上注册一个账号,他们在云端免费提供一个具有5量子比特的超导量子计算机。我们可以在本地用量子计算程序语言设计好逻辑门,然后通过此服务来远程操控IBM的量子计算机,提前体验量子计算的乐趣。