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大型量子计算机即将问世
量子计算机内核模型
今天的观点
本报记者刘霞综合外国新闻
苏塞克斯大学最近发布消息称，由该大学科学家领导的一个国际团队已经设计了一个关于如何制造大型量子计算机的技术蓝图。在这个技术框架下，所有国家的科学家可以合作开发强大的通用量子计算机。该蓝图发表在最近出版的《科学进步》杂志上。
大型量子计算机的新基准
根据英国杂志《自然》的报道，设计者表示希望通用量子计算机模型机非常强大，能够解决目前无法解决的重大问题，例如分解最大数量。这台电脑可以占据一个足球场以上的空间，至少花费1亿英镑(约合8.6亿元人民币)。它有望成为量子计算机领域的“高富帅”。
苏塞克斯大学的研究带头人和量子物理学家维尔德·海森格说:“这台电脑真的‘巨大’而且‘昂贵’，但是现在肯定可以制造出来。”
澳大利亚新南威尔士大学的量子物理学家安德烈·莫瑞罗指出，科学家们以前曾提出过制造量子计算机的各种设计思想，而最新的思想面临着巨大的挑战。然而，他强调，新的想法是雄心勃勃的和创新的，所以不应该低估它们。“我真的认为这是一个极具远见的基准蓝图，将对行业产生积极影响。”
用离子制造量子位
传统计算机使用比特0和1来处理信息，但是量子计算机使用量子比特来处理信息。一个比特的状态是唯一的，而量子比特可以有多个状态，允许两个状态同时叠加。研究人员认为，“量子叠加”的“秘密武器”可能最终会比传统计算机大大提高量子计算机的处理能力和速度。量子计算机如果成功开发，将在破译密码方面发挥重要作用。
目前，世界上有许多团队致力于开发量子计算机，但迄今为止，大多数设计只有几十个量子位。要进行有用的计算，比如找到大量的质量因子，可能需要数千个量子位。
在最新的论文中，海森格的团队建议利用磁场捕获的离子来制造量子位，这是物理学家已经研究了20多年的技术。马里兰大学帕克分校的物理学家克里斯托弗·门罗(Christopher Monroe)解释说，用这种技术制造量子计算机所需的大部分组件已经被科学家们证明和演示过，“工业界需要一种系统工程方法来简化量子计算机的制造过程。”
理论上，在最新的设计蓝图中，数以千计的大约一只手大小的正方形模块组合在一起，生产出任何大小的量子计算机。在每个模块中，大约2500个被捕获的离子量子位被磁场悬浮，以“保护”它们脆弱的量子态不受干扰。为了进行计算，离子会以X网格的形式来回移动，与它们的“邻居”纠缠在一起。
这台新机器又快又强大。
据研究人员称，这种量子计算机不使用激光来控制每个被捕获的离子，而是计划使用微波辐射场来控制量子位，并使用电场来调节量子位和微波辐射场之间的相互作用。此外，他们还计划使用液氮来保持系统冷却。
海森格说，离子会从一个芯片跳到另一个芯片，在模块之间传递信息，这项技术比用光波和光纤传递信号快10万倍以上。每个模块都可以替换，并且可以通过传统电子工业中的技术由硅制成。
海森格说，如果你想找到一个617位数字的定性因素，今天的传统计算机做不到，但是新的量子计算机使用20亿个量子比特离子，需要110天来解决这个问题。这项技术将使研究人员能够破解当今最好的密码系统。
事实上，理论上，这种计算只需要4096个量子位，但是由于目前的离子俘获技术不是很好，错误率也相对较高，所以需要20亿个离子。降低量子位的错误率可能会大大减小计算机的尺寸——只有一个大房间的大小。
然而，该团队仍然面临巨大的技术挑战，包括如何制造强磁场梯度和如何精确控制量子位。
(北京，2月5日，《科技日报》)
