新型量子位计算方法

‘壹’ 量子计算机做出来了吗

量子计算机还没有做出来。
中国量子计算机取得突破性进展，中国科技大学量子实验室成功研发了半导体量子芯片和量子存储，量子芯片相当于未来量子计算机的大脑，研制成功后可实现量子计算机的逻辑运算和信息处理，量子储存则有助于实现超远距离量子态量子信息传输。
目前，传统计算机发展中已经逐渐遭遇功耗墙、通信墙等一系列问题，传统计算机的性能增长越来越困难。因此，探索全新物理原理的高性能计算技术的需求就应运而生。
量子计算是一种基于量子效应的新型计算方式。基本原理是以量子位作为信息编码和存储的基本单元，通过大量量子位的受控演化来完成计算任务。

‘贰’ 谷歌说他研制出了量子计算机 中科大就笑了

日前，中国量子计算机取得突破性进展，中国科技大学量子实验室成功研发了半导体量子芯片和量子存储，量子芯片相当于未来量子计算机的大脑，研制成功后可实现量子计算机的逻辑运算和信息处理，量子储存则有助于实现超远距离量子态量子信息传输。那么量子计算机相对于传统计算机有什么优势？本次成功研究的量子芯片距离真正实用的量子计算机还有多远呢？

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‘叁’ 量子计算机有没有类似功耗墙的问题

现在讨论量子计算机的这个问题是没有什么意义的。因为现在量子计算机的实现还没有任何的定论，所怎么去讨论所谓的功耗呢。对于不同的量子计算实现的方法，当然对应不一样的功耗。题主还提到了一个错误（error）的问题。这个是的确存在的。比如这篇文章所指出的那样Phys. Rev. A 87, 022321 (2013)。这篇文章就指出了qubit control只要是量子的就存在错误，这个是量子本身的性质，而不是控制精准的问题（所以这个是fundamental limit）。这篇文章指出，只要激光功率越大，这个来自量子本身的错误就越小。但是倒数的形式，也不是题主所猜想的平方的形式。也就是说，只要进行系统扩展，把更多的逻辑比特能达到满足容错计算的精度，将逻辑比特数量扩大10倍，即可制造出在性能上超越传统计算机的量子计算机。不过，系统扩展难度非常大，建成量子计算机依旧任重道远。

‘肆’ 量子计算机相对于传统的计算机有着怎样的优势

目前，传统计算机发展中已经逐渐遭遇功耗墙、通信墙等一系列问题，传统计算机的性能增长越来越困难。因此，探索全新物理原理的高性能计算技术的需求就应运而生。

量子计算机具有极大超越经典计算机的超并行计算能力。例如，求一个300位数的质因数，目前最好的经典计算机可能需要上千年的时间来完成，而量子计算机原则上可以在很短的时间内完成。因此，量子计算在核爆模拟、密码破译、材料和微纳制造等领域具有突出优势，是新概念高性能计算领域公认的发展趋势。

‘伍’ 量子计算究竟是做什么的距离落地还有多远

量子力学的建立是人类历史上最重要的科学革命之一，催生了半导体、激光、核能、超导、核磁共振和全球卫星定位系统等重大技术的发明，促进了人类在信息、能源、材料和生命等科学领域的前所未有的发展，从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌，促进了物质文明的巨大进步。量子计算意味着使用单个原子、离子、电子或光子来存储和处理信息。从好的方面来看，这为更快的计算机提供了可能性，但缺点是设计可以在奇怪的量子物理世界中运行的计算机更复杂。量子理论是物理学的一个分支，涉及到原子及其内部较小（亚原子）粒子的世界 。

量子比特能维持量子态的时间长度，称为量子比特相关时间。它的维护“叠加态”(量子比特同时代表1和0)时间越长，可以处理的程序步骤就越多，所以计算就越复杂。IBM率先将量子技术引入实用计算系统，将量子比特相关时间提高到100微秒。当量子比特相关时间达到毫秒时，它将足以支持一个解决方案“经典”计算机解决不了的问题。

‘陆’ 什么是量子计算量子计算的前景如何

量子计算是在遵循量子力学规律，调控量子信息单元进行计算的一种新型计算模式。其未来的应用领域可在对自然的表面观察上进行量子力学的计算，可加速解决我们目前从气候到疾病的各类问题。

一、量子计算

量子计算对照于传统的使用计算机计算模式。其理论模型是用量子力学的规律来进行图灵计算。在计算速度上面有一量子力学叠加算法，在处理问题时速度要快于普通的计算机。量子计算的基本原理是通过量子信息单元状态多种叠加，从而导致量子处理信息时效率上加快。量子计算机中的2位量子位在寄存器中可以同时储存四种叠加状态，当量子比特数目增加的时候，量子力学演化出并行性，加快计算机的处理速度。

‘柒’ 量子计算的基本原理

量子的重叠与牵连原理产生了巨大的计算能力。普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数（00、01、10、11）中的一个，而量子计算机中的2位量子位（qubit）寄存器可同时存储这四个数，因为每一个量子比特可表示两个值。如果有更多量子比特的话，计算能力就呈指数级提高。 量子位（qubit）是量子计算的理论基石。在常规计算机中，信息单元用二进制的 1 个位来表示，它不是处于“ 0” 态就是处于“ 1” 态. 在二进制量子计算机中，信息单元称为量子位，它除了处于“ 0” 态或“ 1” 态外，还可处于叠加态（super posed state) . 叠加态是“ 0” 态和“ 1” 态的任意线性叠加，它既可以是“ 0” 态又可以是“ 1” 态，“ 0” 态和“ 1” 态各以一定的概率同时存在. 通过测量或与其它物体发生相互作用而呈现出“ 0” 态或 “ 1” 态.任何两态的量子系统都可用来实现量子位，例如氢原子中的电子的基态（gro und state）和第 1 激发态（f irstex cited state)、 质子自旋在任意方向的+ 1/ 2 分量和- 1/ 2 分量、 圆偏振光的左旋和右旋等。
一个量子系统包含若干粒子，这些粒子按照量子力学的规律运动，称此系统处于态空间的某种量子态.态空间由多个本征态（eigenstate) （即基本的量子态）构成，基本量子态简称基本态（basic state）或基矢（basic vector) . 态空间可用Hilbert 空间（线性复向量空间）来表述，即Hilbert 空间可以表述量子系统的各种可能的量子态.为了便于表示和运算，Dirac提出用符号 x〉 来表示量子态，x〉 是一个列向量，称为ket ；它的共轭转置（conjugate t ranspose) 用〈 x 表示，〈 x 是一个行向量，称为bra.一个量子位的叠加态可用二维Hilbert 空间（即二维复向量空间）的单位向量 〉 来描述，其简化的示意图如右图所示. 量子计算将有可能使计算机的计算能力大大超过今天的计算机，但仍然存在很多障碍。大规模量子计算所存在的一个问题是，提高所需量子装置的准确性有困难。
世界上第一台商用量子计算机
加拿大量子计算公司D-Wave于2011年5月11日正式发布了全球第一款商用型量子计算机“D-Wave One”，量子电脑的梦想距离我们又近了一大步。D-Wave公司的口号就是——“Yes,you can have one.”。其实早在2007年初，D-Wave公司就展示了全球第一台商用实用型量子计算机“Orion”（猎户座），不过严格来说当时那套系统还算不上真正意义的量子计算机，只是能用一些量子力学方法解决问题的特殊用途机器。
时隔四年之后，D-Wave One终于脱胎换骨、正式登场。它采用了128-qubit（量子比特）的处理器，四倍于之前的原型机，理论运算速度已经远远超越现有任何超级电子计算机。另外，D-wave公司将会在2013年1月将其升级至512量子比特。不过呢，也别太兴奋，这个大家伙现在还只能处理经过优化的特定任务，通用任务方面还远不是传统硅处理器的对手，而且编程方面也需要重新学习。 另外，为尽可能降低qubit的能级，需要利用低温超导状态下的铌产生qubit，D-Wave 的工作温度需保持在绝对零度附近（20 mK） 。
最后就是价格，2011年，NASA和Google分别以约一千万美元购置了一台512位qubit的D-Wave量子计算机 。这绝对是天价中的天价了，不过也是新技术开端的必然，就像当初的第一台电子计算机ENIAC造价就有40万美元（二十世纪四十年代的40万美元）。

‘捌’ 什么是NMR量子计算

量子计算 量子计算 (quantum computation) 的概念最早由IBM的科学家R. Landauer及C. Bennett于70年代提出。他们主要探讨的是计算过程中诸如自由能(free energy)、信息(informations)与可逆性(reversibility)之间的关系。80年代初期，阿岗国家实验室的P. Benioff首先提出二能阶的量子系统可以用来仿真数字计算；稍后费因曼也对这个问题产生兴趣而着手研究，并在1981年于麻省理工学院举行的First Conference on Physics of Computation中给了一场演讲，勾勒出以量子现象实现计算的愿景。1985年，牛津大学的D. Deutsch提出量子图林机(quantum Turing machine)的概念，量子计算才开始具备了数学的基本型式。然而上述的量子计算研究多半局限于探讨计算的物理本质，还停留在相当抽象的层次，尚未进一步跨入发展算法的阶段。
1994年，贝尔实验室的应用数学家P. Shor指出 [3]，相对于传统电子计算器，利用量子计算可以在更短的时间内将一个很大的整数分解成质因子的乘积。这个结论开启量子计算的一个新阶段：有别于传统计算法则的量子算法(quantum algorithm)确实有其实用性，绝非科学家口袋中的戏法。自此之后，新的量子算法陆续的被提出来，而物理学家接下来所面临的重要的课题之一，就是如何去建造一部真正的量子计算器，来执行这些量子算法。许多量子系统都曾被点名做为量子计算器的基础架构，例如光子的偏振(photon polarization)、空腔量子电动力学(cavity quantum electrodynamics, CQED)、离子阱(ion trap)以及核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)等等。以目前的技术来看，这其中以离子阱与核磁共振最具可行性。事实上，核磁共振已经在这场竞赛中先驰得点：以I. Chuang为首的IBM研究团队在2002年的春天，成功地在一个人工合成的分子中(内含7个量子位)利用NMR完成N =15的因子分解(factorization)