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量子纠缠和量子计算做到一百万个量子比特，主要有哪些挑战？

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发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

量子纠缠和量子计算做到一百万个量子比特，主要有哪些挑战？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

一百万个量子比特？

如果没记错的话，现在科技的极限应该是50多个量子比特，一百万的话，这要到啥时才能实现呀！

量子比特，它是根据量子的叠加效应来代替普通计算机。叠加态就是，它同时可以拥有0和1的状态。但是，量子的叠加态是很脆弱的，外界一丁点的干扰，就可导致叠加态消失，使得量子比特崩溃。

所以现在量子计算机的难点就是：怎样有效的保持量子比特的相干性，也就是怎样维持量子比特的量子效应，使它的叠加态不消失。

回答于 2019-09-11 08:43:50

一百万个量子比特

你的目标有点狠，目前谷歌的才做到53位，而256位就可以存储比整个宇宙原子还多的比特数据了。




但其实你的这个一百万也并不疯狂，来，研究一下：




“纠缠”最早来源于薛定谔1935年发表于《剑桥哲学学会会刊》的论文。

今天，量子纠缠成为了网红词汇，引发了量子信息学学科的诞生。

但这里，你忽略了另一个重要的量子特性：量子叠加。

而量子计算机正是利用了量子纠缠和量子叠加2种特性，这2种状态说的是什么，我就不赘述了，看看上面的图，大概都知道什么意思。




不是全部拿来用的

量子界的大神郭光灿院士曾介绍：整个量子计算机发展处在类似传统计算机从晶体管时代到集成电路时代的过渡阶段。要实现量子霸权，必须保证量子芯片的物理量子比特数“起码是10万以上”，还有操作（相干）时间要足够长，以及有足够应对局面的量子纠错技术跟容错技术。




什么意思呢，我们知道量子比特或传统计算机的位在运算和存储时会有出错率的，一旦出错，会导致运算结果不可用、系统崩溃等结果，怎么办呢，多用点。。。。。。




000，即使有1个出错是001或010或100，少数服从多数，我就知道结果还是0。




0000000000。。。，你了解了吧。




这样，量子位越多，越阔，用来纠错的量子位越多，量子计算机也就越稳定，带来的好处就是量子计算机对环境的要求会越来越低，操作时长会变长。




那么挑战在哪里呢？




早在80年代，物理学家们已经把量子计算机的主要理论框架建立起来，美国更是从90年代初开始布局了量子计算机研究，并逐步聚焦到半导体和超导的固态体系。

芯片本身的制造难度：这有啥好说的，类似于传统芯片的制程和晶体管数量，一百万个量子比特在内部电路和光路的设计上有多大困难？想想当初的晶体管计算机到现在的G时代硅芯片用了多少年！




IBM曾表示，要使量子体积（量子计算综合能力）每年翻一翻，我们可以做个粗略的计算，按现在实现53位的基础上，以单纯的量子位翻翻，大约还要14年左右达到100万量子位的目标，实际情况肯定要大于这个时间。




环境的难度：量子的叠加态和纠缠态很容易受到环境的影响而退相干（没了）或变得不可用（杂信号过多），因此，对于超导固态量子计算机而言，要冷冷冷！纯纯纯！通过层层的屏蔽、层层的制冷，保持在毫开尔文，比真空还要冷上几百倍（近似绝对零度）。




算法的难度：目前的量子计算机还停留在专用机、功能机的水平上，距离通用计算还有很长的路要走，这其中就有量子算法的问题，可以类比硅芯片中的指令集、汇编。




虽然量子计算机的计算能力天生强，但量子态的计算结果就像一个不能见光的黑盒子，测量本身会导致退相干，而最后的经典态往往不是想要的结果，因些量子算法就是在想办法在不影响量子态、不违背测不准原理的情况下，取得黑盒子里面的东西，即使有了100万位的量子计算机，怎样运用和取得想要的结果也是重要的一环。