博科园量子计算机诞生，再连接光量子通信网络，就能实现量子互联网啦！( 二 )

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从理论上讲，可以处理不稳定性的一种方法是使用量子纠错，利用几个物理量子比特来编码单个“逻辑量子比特” ，并应用可以诊断和修复错误的纠错协议来保护逻辑量子比特。但由于许多原因，实现这一点仍很遥远，其中最重要的是可扩展性问题。自20世纪90年代以来，在量子计算成为一件大事之前，很多科学家感兴趣的是能否在电路中创建和测量量子叠加态。
量子电路
当时，电路作为一个整体是否可以表现为量子力学，这一点并不明显。为了在电路中实现稳定的量子比特，并在电路中创建通断状态，电路还需要能够支持叠加态。科学家最终想出了使用超导电路的想法，超导体没有电阻和损耗，因此它的流线型可以响应比较微弱的量子力学效应。为了测试这个电路，研究使用了一个由铝制成的微尺度超导岛，通过约瑟夫森结（由纳米厚的绝缘势垒隔开的结）：

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连接到一个更大的超导接地电极，并捕获了隧穿结的超导电子对。由于铝超导岛很小，负电荷对之间的库仑阻塞效应，它最多只能容纳一个多余的对。岛中0或1过剩对的状态，可以用作量子比特的状态。量子力学隧穿保持了量子比特的相干性，并能使科学家创建完全由微波脉冲控制的状态叠加。由于其非常微妙的性质，量子计算机短期内不太可能进入普通家庭普及民用。
混合系统
认识到研究量子计算机的巨大好处，谷歌和IBM等科技巨头以及世界各地的许多初创公司和学术机构都在越来越多地投资研究量子计算机。完全纠错的商用量子计算平台可能还需要十多年时间，但最先进的技术发展，已经带来了新的科学和应用的可能性。较小规模的量子计算机已经在实验室中执行了有用的任务。例如，将超导量子电路平台与其他量子力学系统结合使用。

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这种混合量子系统能以前所未有的灵敏度，测量集体激发中的单个量子反应，无论是磁铁中电子自旋的进动，衬底中的晶格振动，还是电路中的电磁场。这些测量应该会促进我们对量子物理的理解，并随之而来的是量子计算，如果系统也足够灵敏，可以在微波频率下测量单个光子，其能量大约比可见光光子低五个数量级，而不会吸收或破坏它，科学家希望这将成为连接量子比特模块等量子网络的基石。
量子互联网
将超导量子计算机连接到光量子通信网络，是混合系统未来的另一个挑战。这将是根据对未来的预期而开发，未来将包括通过光缆连接的量子互联网，这让人想起今天的互联网。然而，即使是电信波长的单光子红外光，也不可能在不干扰量子信息的情况下直接击中超导量子比特，所以必须仔细的设计，科学家目前正在研究混合量子系统，它通过其他量子系统：

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例如涉及微型声学振荡器的系统，将量子信号从超导量子比特转换到红外光子，反之亦然。尽管许多复杂的问题需要克服，但科学家们可以看到一个由量子计算机增强的未来即将到来。事实上，量子科学不少应用已经掌握在我们手中，如果没有对半导体中电子性质的正确理解，晶体管和激光二极管就永远不会发明，这完全是基于对量子力学的理解，未来我们只会变得更加依赖量子力学。