量子芯片有什么作用?

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目前量子的应用主要集中于计算领域,因为量子计算的特性非常适合于求解复杂的问题。 目前的量子计算机主要分两大类,一类是基于光学的量子计算机(光量子计算机),比如谷歌最近发布的“悬铃木”系统[1];另一类是基于半导体技术的量子计算机(离子阱量子计算机、超导量子计算机等)。

光子作为信息载体具有波粒二象性,在传输信息和处理信息的过程中可以同时进行,不需要进行光电转换,从而避免了一般电子器件所无法逃避的干扰问题,可以达到很低的噪音。由于光是电磁波,可以通过光纤进行远程传输而不需要物理上的连线,所以光量子计算机可以实现异地并行计算。

虽然光纤可以实现远距离同步,但是光量子计算机仍然面临一些难以解决的问题。首先就是光源的稳定性,要想保持计算的不中断就需要保持光源的稳定性,而光经过多次折射和放大,其波动性会越来越大,最后会导致整个系统的崩溃。另一个问题是量子噪声,电子器件不可避免要受到环境的影响,而这种影响会在量子级表现出来,因此如何降低量子噪声也是一个很大的挑战。不过只要克服这些问题,光量子计算机就可以达到很高的运算速度。

基于晶体管技术的量子计算机则相对比较容易构建,而且也已经在实际中得到了应用。美国NIST制造的超导量子计算机就实现了50个量子比特的阵列,并且成功地完成了几个量子比特的逻辑门操作[2]。中国中科院长春光机所研制的一种类似量子计算机的“量子信息处理原型机”也在今年成功问世,这一突破使中国在建造量子计算机方面跨入到了世界先进水平的行列[3]。

虽然这些量子计算机都只有几量子比特,甚至只是一两个量子比特,但它们却是量子计算从概念变为现实的里程碑。 随着技术的发展,量子计算很快就会进入我们的生活。

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