2017年量子计算机迎来命运转折点，英特尔已做好捞钱准备

量子计算机被戏称为"二十年后的技术"已经有许多年了，年复一年，这顶帽子始终也摘不下来。2017的新年钟声刚过，量子计算机的命运似乎出现了转机。

信息产业的巨头谷歌和微软最近礼聘了不少量子计算机行业中的先驱者，并为今年的工作设定了挑战性的目标。他们的雄心壮志也表现在工作重心从纯科学研究开始向工程开发转移，而且这种转型也广泛地发生于众多的创业公司和学术研究中心。

马里兰大学帕克分校的物理学家克里斯托弗·门罗（Christopher Monroe）说："人们真的开始动手做东西，"他说，"我从来没有见过这样的事情。它不再只是实验室的学术研究项目了。"

谷歌从2014年起一直致力于利用超导量子电路实现量子计算方法。它希望在今年或不久之后，它们的量子计算能力可以超越最强大的"经典"超级计算机，企图一举夺得超算领域的皇冠。去年6月谷歌和它的合作者加州大学圣塔巴巴拉分校物理系在《自然》杂志发表的那篇论文为即将发起的攻坚战吹响了冲锋号［1］。他们的竞争对手--微软也当仁不让，把赌注押在一个有趣但未经证实的概念--拓扑量子计算，希望在今年对该技术实施第一次示范。

从事量子计算的一些创业公司也不甘落后。门罗计划（Monroe plans）今年开始满世界诚聘英才。超导量子电路的开拓者之一，耶鲁大学物理学家Robert Schoelkopf，和IBM出来的应用物理学家Chad Rigetti（他曾在加州伯克利创建 Rigetti Computing 公司）合作，他们期望尽速突破关键技术为量子计算机研发矗立重要的里程碑。

大学的实验室正在力争上游。"事实证明我们拥有必需的所有组件和应有的功能，"Schoelkopf说，他继续在耶鲁大学领导一个参与这场竞赛的团队。为了让相关组件可以协同工作，仍有大量的物理实验需要完成，但主要的挑战现在是工程问题。迄今为止具有最多量子比特位（20个qubits）的量子计算机正在由位于奥地利因斯布鲁克大学的Rainer Blatt领导的一个实验室中进行测试。

这里所说的量子比特qubits与现在普通计算机中的比特的概念是相似的，它们都是承载信息的基本单元。事实上，具有10位以下量子比特的小型量子计算机早己成功运行，但是它们没有多少应用价值。许多实际问题的求解需要成百上千位的量子比特，这是量子计算机研发进程中最大的障碍。

因为量子比特的载体表现出"叠加"、"纠缠"等量子行为是有条件的，它们必须处于量子世界的环境中。通俗地说，这些量子比特的载体（例如光子、电子等）只有处于孤独安静的状态才会表现出来超凡脱俗的量子行为。当成百上千的量子比特的载体集中在一起，它们立刻退化为宏观世界中的一个普通俗客，量子比特变成了只有"0"或"1"两个状态的普通计算机中的比特。

在增加量子比特位的同时，又能维持这些量子比特的载体的量子行为是量子计算机研制的关键，量子计算机最近的重大进展就与此有关。目前解决方案是量子计算机的模块化。科学家先制成小于10位量子比特的量子计算机模块，然后用特殊的方法把这些模块联系起来。这种联接的方式只是让模块与模块中相邻的两个量子比特发生联系，然后通过它们让模块与模块传递信息。这就保证了每个模块的独立性，每个模块是一只小型的量子计算机。但这些模块又是有机结合在一起的，构成了一个有许多位量子比特的可以有实用价值的大型量子计算机。

构建量子计算机模块的方案现在主要有三种。

最简单的方法是用单原子状态作为量子比特，下图显示的就是由5个原子组成的量子计算机模块，模块之间用光子作联接。

第二种方法是用超导线路中的电磁振荡作为量子比特，下图显示的就是由4位量子比特的超导线路量子计算机模块，模块之间也是用光子作媒介。谷歌的量子计算机用的就是超导线路方案。

第三种方法是用固体中电子自旋作为量子比特（下图）。这种量子计算机模块的一个优点是可以在室温下工作。

最近量子计算机赛场中杀出的一匹黑马--芯片巨头英特尔公司用的就是第三种方案。2015年英特尔公司与荷兰的一家研究机构合作，动用5千万美元资金，上个月传出了鼓舞人心的好消息。他们在超纯硅片上构建了多位的量子比特模块。

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如上所述，量子计算机需要具有数千或上百万的量子比特位方能有广泛的实用价值。负责英特尔量子计算机硬件项目的总监吉姆·克拉克（Jim Clarke）认为，采用硅晶格的量子比特位有可能更快地实现这一目标。他说："在晶片上能够集成数十亿晶体管的专业技术和精密设备应该有助于完善和扩展硅量子比特位。"