世界首台可编程通用量子计算机美国问世

      北京时间11月16日消息，据美国《新科学家》网站报道，世界上首台可编程的通用量子计算机近日在美国面世。不过根据初步的测试程序显示，该计算机还存在部分难题需要进一步解决和改善。科学家们认为，可编程量子计算机距离实际应用已为期不远。

      早在一年前，美国国家标准技术研究院的科学家们已经研制出一台可处理2量子比特数据的量子计算机。由于量子比特比传统计算机中的0和1 比特可以存储更多的信息，因此量子计算机的运行效率和功能也将大大突破传统计算机。据科学家介绍，这种量子计算机可用作各种大信息量数据的处理，如密码分析和密码破译等。

      在传统计算机中，采用的是二进制0和1比特物理逻辑门技术来处理信息，而在量子计算机中，采用的则是量子逻辑门技术来处理数据。对于这种技术，美国国家标准技术研究院科学家大卫-汉内克解释说，比如，一个简单的单一量子比特门，可以从0转换成1，也可以从1转换成为 0。这种转换就使得计算机存储能力不仅仅是以倍数级增加。与传统计算机的物理逻辑门不同的是，美国国家标准技术研究院所研制的这台可编程量子计算机中的量子逻辑门均已编码成为一个激光脉冲。这台实验量子计算机使用铍离子来存储量子比特。当激光脉冲量子逻辑门对量子比特进行简单逻辑操作时，铍离子就开始旋转运行。制造一个量子逻辑门的方法首先要设计一系列激光脉冲来操纵铍离子进行数据处理，然后再利用另一个激光脉冲来读取计算结果。

      这台可编程量子计算机的核心部件是一个标有金黄图案的铝晶片，其中包含了一个直径大约200微米的微型电磁圈。在这个电磁圈中，科学家放置了四个离子，其中两个是镁离子，两个是铍离子。镁离子的作用是稳定剂，它可以消除离子链的意外振动，以保持计算机的稳定性。由于量子比特可能产生多种操作可能，因此科学家们在实验中随机选取了160可能操作进行了演示，来验证处理器的通用性。每次操作都用31个不同的量子逻辑门去将2个量子比特编码至一个激光脉冲中。

      科学家们将这160种程序每一种都运行了900次。通过对测试数据对比和理论预测，科学家们发现，这个芯片基本可以按既定程序工作。不过，科学家们也承认，它的准确率目前只有79%。汉内克表示，每个量子逻辑门的准确率均为90%以上，但是当所有量子逻辑门都综合起来使用，整体准确率却下降到 79%。对此，科学家认为，造成这种误差主要是因为每次激光脉冲的强度不同所造成的。汉内克解释说，由于这些脉冲不是直线的，它们是波动的，因此就会引起这种误差。此外，光线的散射和反射等原因，也会造成这种误差的产生。

      科学家们相信，随着更多的测试和改进，这种误差将会越来越小。通过改进激光的稳定性和减少光学硬件设备的误差，可以提高芯片运行的准确率。直到芯片的准确率提升到99.99%，它才可以作为量子计算机的主要部件使用，这台可编程量子计算机才可真正地投入实际应用。