高大上的 ”量子計算機“ 是怎麼來的？

自上世紀90年代提出量子計算機概念以來，技術和研發費用是限制這類逆天設備發展的壁壘。期間加拿大D-Wave公司曾宣稱已經研發出量子計算機，但是業界對這台設備仍持質疑態度。慶幸的是，近幾年我們能夠看到業界在量子計算機的研發上取得了新的突破，或許，第一台真正意義上的量子計算機很快就會來了！


D-Wave量子計算機

量子計算機是一種遵循量子力學規律，進行高速運算、存儲及處理量子信息的物理裝置，其運行的是量子算法，處理速度驚人，比傳統計算機快數十億倍。據悉，阿里已經和中科院共同成立了一個量子計算機研究室，其中中國科學院在量子信息技術方面處於國際先進水平。該實驗室計劃，到2025年，量子模擬將達到當今世界最快的超級計算機的水平。那麼這種科幻級設備工作原理是什麼樣的？我們從阿里中科院實驗室中的圖片來一一揭祕。


plug光路-用於囚禁原子

量子計算機本身處理的是量子數據，那麼要實現超強的功能就需要有量子。我們要把原子量子化，那麼便需要從囚禁原子開始。囚禁原子是原子物理學的一種新的實驗平台，研究人員可以用此方法自由操縱單個原子，此步驟完成後，就可以開始冷卻原子。可以説囚禁原子是量子計算機的通用方案。


超冷原子囚禁在光晶格

在原子被“囚禁”後，就需要降低原子的温度，一般超冷原子的温度需要接近絕對零度（100nK）。因為原子在常温下的速度高達到數百米每秒，只有讓原子保持在極低温度狀態，才可受控制。圖中系統是模擬凝聚態物質中的量子現象，如高温超導等。

操作原子的激光器系統

該系統主要用於操控原子的量子態，冷卻原子後就可以開始這一動作。不過，如何保持長時間的量子態是最大的技術瓶頸。（科普：電子做穩恆運動時的狀態叫量子態，目前，量子態隱形傳輸的距離的距離最遠可達16km。）


製備並研究極低温分子

此外，量子計算機還致力於控制分子的狀態，分子在常温下會做不規則的熱運動，温度越低分子運動的越慢，在低温情況下更易受控制，進一步進入量子態。


超低温狀態下的原子

上圖是超低温狀態下的原子。一般情況下，超冷原子的温度在百納開左右，（接近絕對零度，0K），在此情況下就可以進入量子態。

D-Wave推出的首台量子計算機已經被吐槽不如傳統計算機的處理速度，而真正的量子計算機是可以秒掉超級計算機，至於何時能造出這種計算怪物，我們不得而知。

資料來源：雷鋒網
作者/編輯：程弢