量子计算机|量子计算机的方案超导|重器

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量子计算机（英语：Quantum computer；量子计算机）是一种使用量子逻辑进行通用计算的设备。不同于电子计算机（或称传统计算机），量子计算用来存储数据的对象是量子比特，它使用量子算法来进行数据操作。马约拉纳费米子的反粒子就是自己本身的属性，或许是令量子计算机的制造变成现实的一个关键。量子计算机在舆论中有时被过度渲染成无所不能或速度快数亿倍等，其实这种计算机是否强大极度看问题而定，若该问题已经有提出速算的量子算法只是困于传统计算机无法执行，那量子计算机确实能达到未有的高速，若是没有发明算法的问题则量子计算机表现与传统无异甚至更差。
围绕量子计算的一大热点问题，是哪种技术路径将最终赢得比赛。目前，主要有五个经过充分论证的候选方案正在竞争：超导、离子阱、光量子、半导体量子点和冷原子。所有这些方案都是在20世纪90年代开创性的物理实验和实现中开发提出的。

超导量子计算机方案是目前国际上进展最快的方案，拥有最多的技术追随者， IBM和谷歌凭借其深厚的技术积累和雄厚的资金实力在该领域发展迅猛。与国外相比，中国在量子计算各路线的进展中，超导量子计算的实验虽然起步较晚，但表现强势。长远来看，该条技术路线在未来较易实现规模化。

离子阱技术路线的优势在于相干性好，可纠缠量子比特数目多，逻辑门保真度高。离子阱系统是美国政府资助最多的两个量子计算研究方向之一，另一个是超导系统。除量子计算机以外，其还被广泛应用于量子化学、相对论量子力学、量子热力学等领域的量子模拟研究。离子阱量子计算至今已发展20余年，与超导量子计算的发展旗鼓相当。 2020年初，科技制造企业霍尼韦尔（Honeywell）在十多年的默默研发后，首次推出了一台用离子阱作为量子比特（qubit）基础的量子计算机。总部位于美国北卡罗莱纳州的霍尼韦尔是全球首个尝试这一路线的公司。 10月，也就是开发成功之后的7个月，霍尼韦尔展示了一台升级版的计算机，并已计划好如何扩大其规模。马里兰大学的衍生公司IonQ公布了一台离子阱计算机，或能达到IBM与谷歌的计算机的水平，不过IonQ尚未公开其运算能力的细节。更小的一些初创公司——例如英国的Universal量子公司和奥地利的Alpine量子技术公司——也在为离子阱项目吸引资金。
我国在光量子计算的研究中处于国际领先水平。光量子是除超导量子和离子阱之外研究进展较快的技术路线，国际上， Xanadu和PsiQuantum是两家发展较好的光量子计算机研制厂商。半导体技术的劣势为量子纠缠数量较少。优势在于可以利用现有产线工艺，具备工程化条件，拓展性好。 20年初，澳大利亚与荷兰的两个团队宣布已经开发出了可以在1开尔文以上的温度下工作的硅自旋量子器件，这将大幅度提升量子比特扩展能力。在此之前，这是无法想象的。可见，基于现有成熟产线工艺的半导体量子点路径还有诸多可以提升的地方。中科大郭光灿院士团队在硅基半导体锗纳米线量子芯片研究中取得了重要进展。由该团队郭国平教授领衔的本源量子公司已推出第二代硅基自旋二比特量子芯片——玄微XWS2-200 。
【量子计算机|量子计算机的方案】冷原子技术路线的量子计算机围绕一个独特的玻璃单元构建，该玻璃单元保持真空状态，内置一个棋盘式的铯原子阵列，每个铯原子都充当一个独立的量子比特。激光和其他光子技术将原子冷却到比绝对零度高出百万分之一度的原子，然后初始化量子比特并编排计算，而量子比特阵列的最终状态需要拍摄并记录分析下来。
相比于超导等技术路线，冷原子路线有明显的相对优势。首当其冲的便是冷原子量子计算机在室温下即可运行， ColdQuanta的技术路线使得他们利用激光即可达到低于稀释制冷机可制造的千倍以下的低温，没有了庞大的制冷机，也意味着100万个冷原子量子比特最终可以被放进一个边长为数毫米的区域里。除此之外，另一个明显的优势便是冷原子量子比特的可扩展性。