量子計算機內(nèi)核模型

　　今日視點

　　本報記者 劉 霞 綜合外電

　　英國薩塞克斯大學(xué)日前發(fā)布消息說，該校科學(xué)家領(lǐng)銜的國際團隊設(shè)計了一份有關(guān)如何建造大型量子計算機的技術(shù)藍(lán)圖，各國科學(xué)家可在這一技術(shù)架構(gòu)下合作開發(fā)性能強大的通用量子計算機，藍(lán)圖發(fā)表在近日出版的《科學(xué)進展》雜志上。

　　大型量子計算機新標(biāo)桿

　　據(jù)英國《自然》雜志報道，設(shè)計者們表示，希望通用量子計算機模型機的功能非常強大，可以破解當(dāng)前無法解決的重大難題，如對極大數(shù)進行分解等。這臺計算機占地可超過一個足球場，耗資至少1億英鎊（約合8.6億元人民幣），有望成為量子計算機領(lǐng)域的“高富帥”。

　　研究領(lǐng)導(dǎo)者、薩塞克斯大學(xué)量子物理學(xué)家韋菲爾德·海森格說：“這臺計算機的確‘體形龐大’‘身價不菲’，但它現(xiàn)在絕對能被制造出來。”

　　澳大利亞新南威爾士大學(xué)量子物理學(xué)家安德烈·莫瑞洛指出，科學(xué)家此前提出了各種制造量子計算機的設(shè)計思路，最新想法面臨極大挑戰(zhàn)。但他強調(diào)，新想法雄心勃勃且方法新穎，因此不容小覷，“我真的認(rèn)為，這是一幅標(biāo)桿性的藍(lán)圖，極具前瞻性，將在業(yè)界產(chǎn)生積極影響”。

　　用離子制造量子比特

　　傳統(tǒng)計算機使用比特0和1來處理信息，但量子計算機使用量子比特（Qubit）來處理信息。一個比特的狀態(tài)是唯一的，而量子比特可以有多個狀態(tài)，允許同一時刻兩個狀態(tài)的疊加。研究人員認(rèn)為，“量子疊加”這一“秘密武器”最終或可使量子計算機的處理能力和速度比傳統(tǒng)計算機獲得極大的提升。量子計算機如果開發(fā)成功，將在密碼破譯等方面發(fā)揮巨大作用。

　　目前，全球有多個團隊致力研制量子計算機，但迄今為止，大多數(shù)設(shè)計只有數(shù)十個量子比特。要想進行有用的計算，比如找到大數(shù)的質(zhì)因子，可能需要數(shù)千個量子比特。

　　在最新論文中，海森格團隊建議，使用被磁場捕獲的離子來制造量子比特，這一技術(shù)已被物理學(xué)家們鉆研了20多年。美國馬里蘭大學(xué)帕克分校物理學(xué)家克里斯托弗·門羅解釋稱，用這一技術(shù)制造量子計算機所必需的大多數(shù)元件，已被科學(xué)家們證明和展示，“業(yè)界需要一個系統(tǒng)工程方法來簡化量子計算機的制造過程”。

　　從理論上說，在最新設(shè)計藍(lán)圖中，數(shù)千個和手差不多大小的正方形模塊被結(jié)合在一起，可制造出任意大小的量子計算機。在每個模塊中，約2500個被捕獲的離子量子比特被磁場懸浮起來，“保護”它們脆弱的量子狀態(tài)不受干擾。為了執(zhí)行計算，離子會以X型網(wǎng)格的形式穿梭運動，同它們的“鄰居”發(fā)生糾纏。

　　新機器速度快能力強

　　據(jù)研究人員介紹，這臺量子計算機并不使用激光器來控制每個被捕獲的離子，而計劃使用微波輻射場來控制量子比特，并使用電場來調(diào)諧量子比特同微波輻射場之間的相互作用。另外，他們還計劃使用液氮讓系統(tǒng)保持冷卻狀態(tài)。

　　海森格說，離子會在芯片之間跳來跳去以在模塊之間傳輸信息，這一技術(shù)比使用光波和光纖傳輸信號快10萬倍以上。每個模塊都可取代，并能借助傳統(tǒng)電子工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)用硅制造出來。

　　海森格介紹說，如果想要為一個長達(dá)617位的數(shù)字找到質(zhì)因子，今天的傳統(tǒng)計算機無法做到，但新量子計算機使用20億個量子比特離子、歷時110天可以解決這一問題，這一技術(shù)將使研究人員能破解今天最好的密碼系統(tǒng)。

       其實從理論上講，為了進行這一計算，只需要4096個量子比特，但鑒于現(xiàn)有的離子捕獲技術(shù)并不太好，錯誤率比較高，所以需要20億個離子。降低量子比特的錯誤率或許能大大減少計算機的尺度——將其縮小到僅一個大型房間大小。

　　盡管如此，該團隊仍然面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，包括如何制造強磁場坡度，如何精確地控制量子比特等。

　　（科技日報北京2月5日電）

(責(zé)編：魏艷、趙竹青)