量子计算机 - 搜狗百科
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量子计算机
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量子计算机
量子计算机，顾名思义，就是实现的。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从上可以被描述为对输入序列按一定算法进行变换的机器。量子计算机的概念源于对的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。
量子计算机　量子计算机，早先由理查德·费曼提出，因为一开始是从物理现象的模拟而来的。可他发现当模拟量子现象时，因为庞大的希尔伯特空间使资料量也变得庞大，一个完好的模拟所需的运算时间变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字。理查德·费曼当时就想到，如果用量子系统构成的计算机来模拟量子现象，则运算时间可大幅度减少。量子计算机的概念从此诞生。量子计算机，或推而广之——量子资讯科学，在1980年代多处于理论推导等纸上谈兵状态。一直到1994年彼得·秀尔（Peter Shor）提出量子质因子分解算法后，因其对于现在通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以破解而构成威胁之后，量子计算机变成了热门的话题。除了理论之外，也有不少学者着力于利用各种量子系统来实现量子计算机。 半导体靠控制集成电路来记录和运算信息，量子电脑则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算信息。 布洛赫球面乃一种对于二阶量子系统之纯态空间的几何表示法，是建立量子计算机的基础。 20世纪60年代至70年代，人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。研究发现，能耗来源于计算过程中的不可逆操作。那么，是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢？问题的答案是：所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机，而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机，实际上是用量子力学语言描述的经典计算机，并没有用到量子力学的本质特性，如量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中，基本信息单位为比特，运算对象是各种比特序列。与此类似，在量子计算机中，基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上，而且还可以处于纠缠态上。这些特殊的量子态，不仅提供了量子并行计算的可能，而且还将带来许多奇妙的性质。与经典计算机不同，量子计算机可以做任意的幺正变换，在得到输出态后，进行测量得出计算结果。因此，量子计算对经典计算作了极大的扩充，在数学形式上，经典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换，所有这些变换同时完成，并按一定的概率幅叠加起来，给出结果，这种计算称作量子并行计算。除了进行并行计算外，量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统，这项工作是经典计算机无法胜任的。 　　1994年，贝尔实验室的专家彼得·秀尔（Peter Shor）证明量子计算机能完成对数运算，而且速度远胜传统计算机。这是因为量子不像半导体只能记录0与1，可以同时表示多种状态。如果把半导体计算机比成单一乐器，量子计算机就像交响乐团，一次运算可以处理多种不同状况，因此，一个40位元的量子计算机，就能解开1024位元的电子计算机花上数十年解决的问题。
　　量子计算机，顾名思义，就是实现量子计算的机器。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。 经典计算机的特点量子计算机　　1.其输入态和输出态都是经典信号，用的语言来描述，也即是:其输入态和输出态都是某一力学量的。如输入序列0110110，用量子记号，即|0110110＞。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加态：C1|0110110 ＞＋ C2|1001001＞。 　　2.经典计算机内部的每一步变换都演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对 应一类特殊集。 量子计算机，或推而广之——量子资讯科学，在1980年代多处于理论推导等纸上谈兵。一直到1994年彼得·秀尔（Peter Shor）提出量子质因子分解算法后，因其对于现在通行于银行及网络等处的可以破解而构成威胁之后，量子计算机变成了热门的话题。除了理论之外，也有不少学者着力于利用各种量子系统来实现量子计算机。 　　半导体靠控制来记录和运算信息，量子电脑则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算信息。 　　图2：布洛赫球面乃一种对于二阶量子系统之纯态空间的几何表示法，是建立量子计算机的基础。 　　20世纪60年代至70年代，人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。研究发现，能耗来源于计算过程中的不可逆操作。那么，是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢？问题的答案是：所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机，而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机，实际上是用量子力学语言描述的经典计算机，并没有用到量子力学的本质特性，如的叠加性和相干性。在经典计算机中，基本信息单位为，运算对象是各种比特序列。与此类似，在量子计算机中，基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上，而且还可以处于上。这些特殊的量子态，不仅提供了量子并行计算的可能，而且还将带来许多奇妙的性质。与经典计算机不同，量子计算机可以做任意的幺正变换，在得到输出态后，进行测量得出计算结果。因此，量子计算对经典计算作了极大的扩充，在数学形式上，经典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换，所有这些变换同时完成，并按一定的概率幅叠加起来，给出结果，这种计算称作量子并行计算。除了进行并行计算外，量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统，这项工作是经典计算机无法胜任的。 　　1994年，的专家彼得·秀尔（Peter Shor）证明量子计算机能完成对数运算，而且速度远胜传统计算机。这是因为量子不像半导体只能记录0与1，可以同时表示多种状态。如果把半导体计算机比成单一乐器，量子计算机就像交响乐团，一次运算可以处理多种不同状况，因此，一个40位元的量子计算机，就能解开1024位元的花上数十年解决的问题。
量子计算机　　相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特（qubits））,量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的玄正变换。 　　1.量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交； 　　2量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。 　由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和量子相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。 　　无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是，在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统，它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性的衰减，即消相干（也称“”）。因此，要使量子计算成为现 实，一个核心问题就是克服消相干。而量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。主要的几种量子编码方案是：、量子避错码和量子防错码。量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究的最多的一类编码，其优点为适用范围广，缺点是效率不高。 　　迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。但是，世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。如何实现量子计算，方案并不少，问题是在实验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。现在还很难说哪一种方案更有前景，只是量子点方案和超导结方案更适合集成化和小型化。将来也许现有的方案都派不上用场，最后脱颖而出的是一种全新的设计，而这种新设计又是以某种新材料为基础，就像半导体材料对于电子计算机一样。研究量子计算机的目的不是要用它来取代现有的计算机。量子计算机使计算的概念焕然一新，这是量子计算机与其他计算机如光计算机和等的不同之处。量子计算机的作用远不止是解决一些经典计算 机无法解决的问题。
量子计算机　　量子计算机可以进行大数的因式分解，和Grover搜索破译密码，但是同时也提供了另一种保密通讯的方式。在利用EPR对进行量子通讯的实验中中我们发现，只有拥有EPR对的双方才可能完成的传递，任何第三方的窃听者都不能获得完全的量子信息，正所谓，这样实现的量子通讯才是真正不会被破解的保密通讯。此外量子计算机还可以用来做量子系统的模拟，人们一旦有了量子模拟计算机，就无需求解薛定愕方程或者采用在经典计算机上做数值计算，便可精确地研究量子体系的特征。 　量子计算机是通过量子分裂式、量子修补式来进行一系列的大规模高精确度的运算的。其浮点运算性能是普通家用电脑的CPU所无法比拟的，量子计算机大规模运算的方式其实就类似于普通电脑的，其运算方式简单来说就是通过大量的量子分裂，再进行高速的量子修补，但是其精确度和速度也是普通电脑望尘莫及的，因此造价相当惊人。目前唯一一台量子计算机仍在的硅谷老家中，尚在试验阶段，离投入使用还会有一段时间。量子计算机当然不是给我们用来玩电子游戏的，因为这好比拿激光 切割机去切纸，其主要用途是例如象测量星体精确坐标、快速计算不规则立体图形体积、精确控制机器人或等需要大规模、高精度的高速浮点运算的工作。在运行这一系列高难度运算的背后，是可怕的、不怎么长的使用寿命和恐怖的热量。 　　假设1吨铀235通过核发电机1天能提供7000万瓦伏电量，但这些电量在短短的10天就会被消耗殆尽，这是最保守的估计；如果一台量子计算机一天工作4小时左右，那么它的寿命将只有可怜的2年，如果工作6小时以上，恐怕连1年都不行，这也是最保守的估计；假定量子计算机每小时有70摄氏度，那么2小时内机箱将达到200度，6小时恐怕散热装置都要被融化了，这还是最保守的估计！ 　　由此看来，高能短命的量子计算机恐怕离我们的生活还将有一段漫长的距离，就让我们迎着未来的曙光拭目以待吧！
量子计算机　　普通的数字计算机在0和1的上运行，称为“比特”（bit）。但量子计算机要远远更为强大。它们可以在量子位（qubit）上运算，可以计算0和1之间的数值。假想一个放置在磁场中的原子，它像陀螺一样旋转，于是它的旋转轴可以不是向上指就是向下指。常识告诉，我们原子的旋转可能向上也可能向下，但不可能同时都进行。但在量子的奇异世界中，原子被描述为两种状态的总和，一个向上转的原子和一个向下转的原子的总和。在量子的奇妙世界中，每一种物体都被使用所有不可思议状态的总和来描述。 　　现在，想象一串原子排列在一个磁场中，以相同的方式旋转。如果一束激光照射在这串原子上方，激光束会跃下这组原子，迅速翻转一些原子的旋转轴。通过测量进入的和离开的激光束的差异，我们已经完成了一次复杂的量子“计算”，涉及了许多的快速移动。
　　包括如下： 　　(liquid-state NMR quantum computer) 　　(固态)硅晶体核磁共振量子计算机(silicon-based NMR quantum computer) 　　离子陷阱(ion trap) 　　量子光学(quantum optics) 　　腔室(cavity QED) 　　超导体方案 　　等等方法，各自有各自的瓶颈。
　　在中国，由于人们习惯上将电子计算机称为“电脑”，所以许多人往往沿用其名称而将量子计算机称为“量子电脑”。因而，在台湾两种名称皆可见到，不过后者使用得更多。 　　事实上在台湾，“计算机”指的是Calculator，就是一般店员在卖东西时，计算简单加减乘除用的那种巴掌大的计算工具。台湾人由于电子工业发展得早，1970年代就大量使用“计算机”这种方便的工具来做商业计算，对应到Computer时，当然不能用“计算机”来称呼这种能够复杂计算的新产品了，于是台湾人说的“电脑”，指的是像Intel/AMD的x86类CPU或Macintosh的PowerPC/Intel MAC这种有着复杂计算的机器。 与台湾一样也称Computer为“电脑”。
　　在地区，Computer可以称为“计算机”或者“电脑 ”。其中“电脑 ”更为广泛的指家用电脑，而“计算机”更多的指具有科研等目的专业、非。由于量子技术还处于起步阶段，只能在实验室见到，故多称“量子计算机”而非“量子电脑 ”。 　　Calculator被称为“计算器”，而非“计算机”。在中文中，“器”多指具有简单结构、功能的对象；而“机”多指具有复杂结构、功能的对象。因此，“计算器”和“计算机”能很直接的区别calculator和computer。
量子计算机　　现在用原子实现的量子计算机只有5个q-bit，放在一个试管中而且配备有庞大的外围设备，只能做1+1=2的简单运算，正如Bennett教授所说，“现在的量子计算机只是一个玩具，真正做到有实用价值的也许是5年，10年，甚至是50年以后”，我国量子信息专家中国科技大学的教授则宣称，他领导的实验室将在5年之内研制出实用化的量子密码，来服务于社会！科学技术的发展过程充满了偶然和未知，就算是物理学泰斗爱因斯坦也决不会想到，为了批判量子力学而用他的聪明大脑假想出来的EPR态，在六十多年后不仅被证明是存在的，而且还被用来做量子计算机。
　　社会生产力的发展是科学发展的基石和原动力，从物理学的诞生到技术文明高度发达的今天都是如此。 　　近年来由于社会对高速、保密、大容量的通讯及计算的需求，促进了量子信息、量子计算理论与实验的迅速发展。 　　目前，美国的和麻省理工学院、IBM、和斯坦福大学、物理教学所、四个研究组已实现7个量子比特量子算法演示。 　　2007年2月，加拿大D-Wave系统公司宣布研制成功16位量子比特的超导量子计算机（尚未经科学检验），如果他们是诚信的，这个工作的意义就非常重大，或许，可实际应用的量子计算机会在几年内出现，量子计算机的时代真的要开始了！ 　　日，于利希研究中心发表公报：德国超级计算机成功模拟42位量子计算机，该中心的超级计算机JUGENE成功模拟了42位的量子计算机，在此基础上研究人员首次能够仔细地研究高位数量子计算机系统的特性。
有趣的量子理论
　　量子论的一些基本论点显得并不“玄乎”，但它的推论显得很“玄”。我们假设一个“量子”距离也就是最小距离的两个端点A和B。按照量子论，物体从A不经过A和B中的任何一个点就能直接到达B。换句话说，物体在A点突然消失，与此同时在B点出现。除了神话，你无法在现实的宏观世界找到一个这样的例子。量子论把人们在宏观世界里建立起来的“常识”和“直觉”打个了七零八落。 　　薛定谔之猫是关于量子理论的一个理想实验。实验内容是：这只猫十分可怜，它被封在一个密室里，密室增加参考资料描述里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子，锤子由一个电子开关控制，电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变，则放出α粒子，触动电子开关，锤子落下，砸碎毒药瓶，释放出里面的氰化物气体，猫必死无疑。这个残忍的装置由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔所设计，所以此猫便叫做薛定谔猫。量子理论认为：如果没有揭开盖子，进行观察，我们永远也不知道猫是死是活，它将永远处于非死非活的叠加态，这与我们的日常经验严重相违。量子计算机是一种使用量子逻辑实现通用计算的设备。不同于电子计算机，量子计算用来存储数据的对象是量子比特，它使用量子算法来进行数据操作。一般认为量子计算机仍处于研究阶段。 然而日, 加拿大的D-Wave System Inc. 发布了一款号称 “全球第一款商用型量子计算机”的计算设备“D-Wave One”[1]。 该量子设备是否真的实现了量子计算目前还没有得到学术界广泛认同[2]。科学家正在研制高性能量子计算机，这种计算机在短短几分钟内完成的复杂运算相当于当前性能最高的超级计算机几年时间里进行的运算。　　现在，科学家正不断推动非真空状态下固态介质存储信息时间的极限。一支研究小组研制出一款立基于超纯净硅的装置，在温度低于2开氏度(零下275摄氏度)情况下存储数据的时间超过3分钟。另一支研究小组利用钻石晶体，室温环境下的数据存储时间达到1.4秒。研究发现刊登在发表于《科学》杂志的两篇论文中。　　硅基系统由加拿大西蒙-弗雷泽大学物理学家麦克-瑟瓦特和牛津大学以及柏林的科学家共同研发。瑟瓦特表示：“这是固态存储系统的一个纪录。几年前，人们还认为无法做到这一点。它开启了使用固态半导体――例如硅――作为量子计算基础的新方式。你可以做人们此前认为的只能在真空环境下做的事情。”　标准计算机的存储单位为比特，1比特只能存在于一种状态，要么是0，要么是1。在最新进行的研究中，科学家利用原子的旋转存储和转移存储。两支研究小组均使用激光和微波脉冲将信息从电子自旋量子比特转移到核自旋存储器，而后利用脉冲重新找回数据。
　　报道称，美国情报机构前雇员爱德华·斯诺登所泄漏的文件显示，这种“量子计算机”能够使美国国安局破解全世界用来保护银行、医疗、商业以及政府记录的密码。　　“量子计算机”具有强大的运算能力，因此，可以破解几乎所有现有的线上加密工具，不管它们有多复杂。　　这项研究是在被称作“法拉第笼”的巨大的、能够进行静电屏蔽的房间里进行的，以防止电磁能量进出这个房间。[转]量子计算技术的主要研究方向
【专题研究】量子计算技术的主要研究方向
战略前沿技术
量子计算技术，主要是要发展精确的量子逻辑门操作和纠错、容错实验和量子模拟技术，构造足够复杂的相干量子计算实验体系，并开展适用的量子计算模型和算法研究，并把成熟的实验体系集成，构建量子计算机。根据《中国至2050年信息科技发展路线图》，其主要研究内容包括：研究基于新材料、新结构的量子处理器，特别是具有扩展潜力的体系；量子编码的实验研究；研制由少数量子比特构成的“量子准处理器”；研究量子信息存储单元的扩展和互联；研究量子仿真的原理和方案；研究相关的支撑技术；量子计算理论的基础研究，包括各种新型的计算模型；量子计算机的结构研究；量子算法研究。
总体来讲，量子计算机研究主要围绕量子计算理论研究和量子计算物理实现两大部分，重点研究量子信息论、量子算法、量子编码、量子计算模型与架构以及离子阱、量子点、超导、腔量子电动力学、核磁共振、光学等量子计算的物理实现体系。此外，量子纠缠理论、量子纠错与纯化、多方纠缠与应用、容错计算理论及实现技术、量子计算器件的集成技术、经典计算机和量子化的结合技术（如存储器、运算器等的量子化）等也是研究热点。
（一）量子计算理论研究
目前，量子计算理论研究越来越深入，作为量子计算物理实现的基础和动力，推动了量子计算的快速发展。
1、量子信息论
量子信息论主要研究量子纠缠理论、量子态叠加和相干性原理、量子态不可克隆定理等量子信息基础理论。量子纠缠是量子信息处理过程中的重要资源，也是量子力学与经典力学本质区别的一个重要特征，在量子信息领域具有特殊地位。最近的研究表明，包含经典和量子两部分的关联可能比纠缠更广泛、更基础，纠缠只是作为一种特殊的量子关联存在。量子态不可克隆是量子力学的固有特性，它设定了一个不可逾越的界限，禁止对任意量子态实行精确的复制。量子态叠加性和相干性是量子并行计算的基础，在各种量子信息过程中都起着至关重要的作用。
2、量子算法
量子算法是利用量子并行性进行有效量子计算的关键（主要不靠器件速度与集成度），是量子计算机最强大的应用程序之一，在量子计算机发展中有着至关重要的作用，过去十余年量子计算技术的发展主要得益于快速量子算法的发现。现有的量子算法主要包括Shor算法、Grover算法、Simon算法、Deutsch-Josza算法（D-J算法）、Bernstein和Vazirani算法等。其中，最著名的是Shor大数分解算法和Grover的量子搜索算法。目前，探索新的明显有效于经典计算算法的量子算法已经成为量子计算理论研究的一个重要研究方向。
3、量子编码
量子编码主要用于解决可靠性、纠错、避错、防错问题，是迄今发现的克服量子计算机物理实现面临的最大障碍——消相干问题最有效的方法，是量子计算理论研究中非常重要的方向。量子编码针对特殊的噪声模型，量子信息可以编码在一个特殊的吗空间中，噪声对这个空间中的状态不会产生任何影响。现有的量子编码有两种类型：量子纠错码和量子避错码。量子纠错码是经典纠错码的类比，是目前研究的最多的一类编码，其优点为适用范围广，缺点是效率不高。目前，人们几乎找到了所有经典编码的量子对应，正在致力于寻找具有更高编码效率的量子纠错码方法。除了构造新型量子码之外，量子码的纠错译码和容错机制也是重要的研究课题。
4、量子计算模型与架构
量子计算模型与架构是实现量子计算机的构想和思路，除普适量子计算模型外，主要包括拓扑量子计算、绝热量子计算、单向量子计算、门或电路模型等方面。门或电路模型通过同时在一些量子位上的一系列初等幺正变换实现计算；拓扑量子计算利用特殊系统不受小扰动影响的拓扑量子性质来构造量子计算机，通过相互之间弯曲的任意子的激发来实现鲁棒的量子操作，实现容错量子计；单向量子计算通过预纠缠集群状态上的1位测量序列实现计算，在理论上建立一种高度纠缠的状态（称为图态），通过对相邻的几个qubit进行LOCC过程，测量结束后可以等效地实现对出发端的qubit的普适逻辑门操作；绝热量子计算核心思想是利用绝热演化的特性来等效地实现量子幺正变化，通过平滑变换哈密顿函数来驱使系统演化到特定的状态实现量子计算，其抗退相干能力十分突出，具有很强的容错能力，因此有着重要的应用前景。
（二）量子计算物理实现
目前，量子计算机的实现已不存在原理上的问题，未来量子计算技术突破将主要依赖于量子计算的物理实现。寻找量子信息的适当载体、探索量子计算的物理实现体系成为当前量子计算技术研究的重点。可行的量子计算实现体系需要满足Divincenzo判据，包括具有可扩展性、可初始化、可读出、相干时间长、可构造普适量子逻辑门、可网络化等。根据DARPA的量子信息科学技术路线图和《欧洲量子信息处理与通信研究现状、远景与目标战略报告》，现在确定的主要物理实现系统有量子点、超导量子电路、离子阱体系、腔量子电动力学体系、光学体系、液态核磁共振、固态量子计算等，此外还有十多种潜在量子计算的物理实现方案。研究人员目前正努力寻找能实现量子计算的物理系统，目前的研究主流集中在下列两个方面：（1）固态量子计算，包括超导系统、量子点系统；（2）基于量子光学的量子计算，包括离子阱、腔QED系统、光学系统、光子晶格和光学晶格束缚冷原子体系等。
1、离子阱体系
离子阱（Ion
Trap）体系是最早尝试实现量子计算的物理体系，主要利用离子势阱，将其束缚在特定区域，对其进行量子操控，实现量子计算。其优点是相干时间长，外界影响小。原则上，该体系满足所有Divincenzo准则，并且准则的大部分已经得到实验验证。目前，离子阱体系主要的研究集中在提高量子操控的单元技术、以达到容错计算的要求，以及如何扩展该体系、实现多位的量子信息过程两个方面。针对线性离子阱在可集成性上的困难，人们还设计了新型的、具有可集成性的离子阱方案：多元离子阱方案、晶格离子阱方案和基于光子中介的离子阱方案。目前，各离子阱方案正不断完善，向着可集成的离子阱计算稳步迈进。
2、量子点体系
量子点(Quantum
Dots)体系的方案可以充分利用现有的半导体工艺，其优点是扩展性好。量子点的原子性质可以通过纳米加工技术和晶体生长技术来调控，比一般的量子体系更容易集成，这是量子点作为量子信息载体被长远看好的原因。量子点体系充分利用量子点可以人为制造这种特性，通过研究量子点的物理特性，如激子或者电子自旋的寿命、电声子耦合、消相干、量子点之间的耦合等，来寻找合适的量子信息物理载体，实现量子比特的制备、存储、读取，单比特的旋转、比特间的受控操作，以至于能扩展到几个比特，实现简单的量子计算方案，并最终实现量子计算机。目前半导体量子点作为可集成的量子芯片的几个基本条件，如量子比特的制备、量子逻辑门操作、量子测量和量子相干性都已经在实验中成功实现。
3、超导约瑟芬结体系
超导量子计算基于约瑟芬结（Josephson-Junction）超导器件，能够很好地展现宏观量子效应和量子相干行为，具有较强的可扩展性，是目前最有希望实现实用化量子计算的方法之一。目前实验上已实现的超导量子比特包括超导电荷量子比特、超导磁通量子比特和超导位相量子比特这三大类。研究影响超导量子比特相干时间的各个因素，找到增加相干时间的方法，是目前超导量子计算研究工作的重点。超导量子计算研究的进展使得人们看到实现实用的、可规模化量子计算的曙光。但是尚需在制备工艺、电路设计、系统设计等多方面加以探索，提高器件和电路以及系统设计的水平，提升抗干扰能力，易于操纵和测量，以期达到实用的大规模量子计算的水平。尽管基于超导量子比特的量子计算还有很长的路要走，但按目前技术水平制备的超导量子比特已具备足够好的相干性，可以用来进行一些量子模拟实验，并可以在宏观尺度上验证量子力学原理。
4、腔量子电动力学体系
腔量子电动力学（Cavity
QED）被认为是实现量子计算机最有前景的物理体系之一。腔QED主要思想是将俘获的原子约束在高品质腔中，把量子信息储存在原子能态上，囚禁的原子作为量子信息存储器，光腔用来进行量子门操作和量子信息的传输，因此，可以利用腔QED方案进行原子纠缠态的制备、原子的隐形传态、量子门操作等量子信息处理。近年来，人们已经发展了包括微波腔中的Rydberg原子、高精细度光学腔中的中性原子（离子）以及半导体量子点、超导量子节点、原子系统等多种实际系统。目前，人们相继实现了从单量子比特的制备、读取到双量子比特逻辑操作、多比特量子操控、量子相位门等。
5、核磁共振体系
在实现量子计算的诸多物理方案中，核磁共振（NMR）技术是当前最现实的研究手段。核磁共振方案具有相干时间长、技术成熟的优势。其主要研究方向包括液相NMR量子计算和固体NMR量子计算。NMR量子计算的实验进展包括以下几个方面：精确相干和消相干控制、多种量子算法的原理性演示、抑制消相干的理论方法的实验演示、量子系统的模拟、纠缠动力学和量子通信原理性演示等等。NMR量子计算的实验研究将为其他量子体系实现量子计算提供技术和经验上的积累，有可能成为在其他体系实现量子计算的技术源泉。
6、光学体系
光学量子计算（OQC）是基于测量的量子计算方案，利用光子的偏振或其他自由度作为量子比特，以常用的量子光学手段进行操控，具有相干时间长、操控手段简单、与光纤和集成光学技术的相容性，以及简单的资源可扩展性等优点。光学量子计算根据其物理架构分为两种：KLM光学量子计算以及团簇态光学量子计算。KLM光学量子计算仅使用单光子、线性光学和测量，允许通过和可扩展光学量子计算，目前已经实现了光子-光子之间的两量子位的逻辑操作。团簇态光学量子计算由一个高度纠缠的成为团簇态的多粒子态组成，与单量子测量和前馈相结合，实现可扩展的通用量子计算，具有降低整体复杂性和放宽测量过程的物理需求，以及物理资源的更有效利用等技术优势。
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