自上世紀(jì)90年代提出量子計(jì)算機(jī)概念以來，技術(shù)和研發(fā)費(fèi)用是限制這類逆天設(shè)備發(fā)展的壁壘，期間加拿大D-Wave公司曾宣稱已經(jīng)研發(fā)出量子計(jì)算機(jī)，但是業(yè)界對(duì)這臺(tái)設(shè)備仍持質(zhì)疑態(tài)度。

慶幸的是，近幾年我們能夠看到業(yè)界在量子計(jì)算機(jī)上取得的突破。或許，第一臺(tái)真正意義上的量子計(jì)算機(jī)很快就會(huì)來了！

D-Wave量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律，進(jìn)行高速運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置，其運(yùn)行的是量子算法，處理速度驚人，比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快數(shù)十億倍。

阿里已經(jīng)和中科院共同成立了一個(gè)量子計(jì)算機(jī)研究室，其中中國科學(xué)院在量子信息技術(shù)方面處于國際先進(jìn)水平。該實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃到2025年，量子模擬將達(dá)到當(dāng)今世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)的水平，2030年達(dá)到目前頂級(jí)超算的百億億倍。

那么這種科幻級(jí)設(shè)備工作原理是什么樣的？我們從阿里-中科院實(shí)驗(yàn)室中的圖片來一一揭秘。

 
plug光路-用于囚禁原子

量子計(jì)算機(jī)本身處理的是量子數(shù)據(jù)，那么要實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)的功能就需要有量子。我們要把原子量子化，那么便需要從囚禁原子開始。

囚禁原子是原子物理學(xué)的一種新的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究人員可以用此方法自由操縱單個(gè)原子，此步奏完成后，就可以開始冷卻原子。可以說，囚禁原子是量子計(jì)算機(jī)的通用方案。

超冷原子囚禁在光晶格

在原子被“囚禁”后，就需要降低原子的溫度，一般超冷原子的溫度需要接近絕對(duì)零度（100nK）。

因?yàn)樵釉诔叵碌乃俣雀哌_(dá)到數(shù)百米每秒，只有讓原子保持在極地溫度狀態(tài)，才可受控制。圖中系統(tǒng)是模擬凝聚態(tài)物質(zhì)中的量子現(xiàn)象，如高溫超導(dǎo)等。

操作原子的激光器系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要用于操控原子的量子態(tài)，這是冷卻原子后的下一步，如何保持長時(shí)間的量子態(tài)是最大的技術(shù)瓶頸。

科普：電子做做穩(wěn)恒運(yùn)動(dòng)是的狀態(tài)叫量子態(tài)，目前，量子態(tài)隱形傳輸的距離的距離最遠(yuǎn)可達(dá)16km。

制備并研究極低溫分子

此外，量子計(jì)算機(jī)還致力于控制分子的狀態(tài)。分子在常溫下會(huì)做不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，溫度越低分子運(yùn)動(dòng)的越慢，在低溫情況下更易受控制，進(jìn)一步進(jìn)入量子態(tài)。

超低溫狀態(tài)下的原子

一般情況下，超冷原子的溫度在百納開左右（接近絕對(duì)零度0K），在此情況下就可以進(jìn)入量子態(tài)。

D-Wave推出的首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)被吐槽不如傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的處理速度，而真正的量子計(jì)算機(jī)是可以秒掉超級(jí)計(jì)算機(jī)。至于何時(shí)能造出這種計(jì)算怪物，我們不得而知。