读量子霸权05量子计算机种类

1.1. 能够有效发挥作用的计算机体系结构不止一种

1.2. 图灵机就是在可应用于广泛技术的一般原理基础上产生的

1.2.1. 只要有管道和阀门，原则上就可以制造出一台数字计算机

1.2.2. 其基本要素是形成一个可以携带一系列0和1的数字信息系统，以及处理这些信息的方法

1.3. 量子计算机也可以有多种可能的设计

1.3.1. 任何能够将0和1的状态叠加并纠缠在一起，并能够完成这些信息相关处理工作的量子系统，都可以被称为量子计算机

1.3.2. 自旋向上或向下的电子和离子，以及顺时针或逆时针旋转的偏振光子，都可以达到这个目的

1.3.3. 由于量子理论支配着宇宙中的所有物质和能量，因此构建量子计算机可能有数千种方法

1.3.3.1. 对量子计算机设计的选择可能会直接影响竞赛的最终结果

1.4. IBM发布了433量子位的Osprey量子处理器，并将于2023年部署1121量子位的Condor量子计算机

1.4.1. 处于领先地位

1.5. 几乎每个有影响力的计算机公司都有了自己的量子计算机程序

1.6. 如何真正帮助人类解决现实世界中的实际问题，有些问题可能会彻底改变相关行业的发展轨迹

1.6.1. 应用量子计算机来尝试实现科学和技术领域的重大突破

1.6.2. 试图揭示生命起源背后的量子力学，从而进一步解开光合作用的奥秘，为地球提供食物，为人类社会提供新能源，并实现对当前被视为不治之症的疾病的治愈

2.1. 目前，超导量子计算机已经为计算能力设定了标准

2.1.1. 在2019年，谷歌拔得头筹，宣布其Sycamore超导量子计算机实现了量子霸权

2.2. 通过将温度降至绝对零度以上的几分之一度，电路变成量子力学的，即它们变得相干，因此电子的叠加不再受干扰

2.2.1. 通过将各种电路连接在一起，可以将它们纠缠在一起，从而实现量子计算

2.3. 科学家通过“相干时间”来测量这种灵敏度，即原子在一起保持相干振动的时间长短

2.3.1. 温度越低，原子在环境中的运动就越慢，相干振动时间就越长

2.3.2. 将机器冷却到比外太空更低的温度可以最大限度地延长相干时间

2.4. 优势：它们可以使用数字计算机行业开创的现成技术

2.5. 缺点是，需要一系列精心设计的管道和泵来冷却机器

2.5.1. 不仅增加了成本，而且增加了带来新的复杂性和错误的可能性

2.5.2. 最轻微的振动或杂质都可能破坏电路的连贯性

2.5.3. 甚至有人在附近打喷嚏也会破坏实验

2.6. 你不能完全相信量子计算机的结果，因为它可能会产生偏差

2.6.1. 用一组量子位备份每个量子位，这会产生冗余并减少系统的错误

2.6.2. 对于一台1000量子位的量子计算机来说，需要100万个量子位来产生冗余

3.1. 霍尼韦尔就是这种模式的主要支持者之一

3.2. 当选取一个电中性的原子，剥离掉一些电子时，我们就会得到一个带正电的离子

3.2.1. 一个离子可以悬浮在由一系列电场和磁场组成的阱之中，当引入多个离子之后，它们之间就会发生相干量子位振动

3.2.2. 如果我们假设电子轴向上自旋，则状态为0；如果向下自旋，则为1

3.2.3. 由于量子世界的奇特叠加效应，最终结果往往是两种状态的叠加混合

3.3. 在离子阱量子计算机中，离子保持在接近真空的状态，悬浮在复杂的电场和磁场阵列中，可以完成随机移动

3.3.1. 相干时间可能比超导量子计算机长得多，而且离子阱量子计算机实际上可以在比竞争对手更高的温度下运行

3.4. 可扩展性(scaling)

3.4.1. 扩展是相当困难的一件事

3.4.2. 必须不断重新调整电场和磁场以保持相干性，这是一个相当复杂的过程

4.1. 光量子计算机首先以45度角向分束器发射激光束，分束器是一块精细抛光的玻璃

4.1.1. 击中它后，激光束会一分为二，一半向前，另一半向侧面反射

4.1.2. 这两个光束是相干的，彼此保持着一致的振动

4.2. 【东大】宣布实现了一个更大的突破，在200秒内完成了一次数字计算机需要用5亿年时间才能完成的计算

4.3. 【东大】的量子计算机不是用电子来完成计算的，而是用激光束来完成计算的

4.3.1. 光可以在不同的方向振动，即在偏振态下振动

4.3.2. 可以用在不同偏振方向上振动的光来表示数字0或1

4.3.3. 【东大】的光量子计算机能够通过在100个通道中移动的76个纠缠光子完成相关计算

4.4. Xanadu开发的芯片是可编程的，其计算机可以在互联网上使用

4.5. 优点

4.5.1. 电子与普通物质发生反应的程度相对更剧烈一些，因为它们是带电的（也因此更容易受到环境的干扰），但光子不带电，因此受到的环境干扰自然小得多

4.5.2. 光束能够以最小的干扰直接穿过其他光束

4.5.3. 光子也比电子快得多，光的传播速度是电信号的10倍

4.5.4. 它在室温下就可以运行，这可能会成为其最终超过其他几种类型量子计算机的重要原因

4.5.4.1. 不需要昂贵的泵和管道来将温度降至接近绝对零度，从而不会面临急剧增加的成本

4.5.4.2. 光量子计算机在室温下工作，相干时间很短

4.5.4.3. 激光束通常具有很高的能量，因此，与相干时间相比，计算完成的时间更快，从而让环境中的分子看起来就像是在做慢运动

4.5.4.3.1. 减少了与环境交互时可能产生错误的概率

4.6. 缺点：它们是反射镜和分束器的笨拙集合，所以体积非常大

4.6.1. 对于每一个计算任务，都需要人为将反射镜和分束器的复杂集合重新排列到不同的位置

4.6.2. 它不是一台可以通过编程执行即时计算的通用机器

4.7. 从长远来看，较低的错误率和降低的成本这两大优势，将成为光量子计算机超过其他几款设计的核心优势

5.1. 优势在于，它们可以使用半导体行业已有的成熟技术方法

5.2. 硅的双重性质

5.2.1. 硅不仅可以用来制造晶体管，从而控制电子流

5.2.2. 还可以用来传输光，因为它对某些频率的红外辐射是透明的

5.2.3. 双重性质对纠缠光子至关重要

5.3. 卖点是它们可以解决纠错问题

5.3.1. 由于与环境的相互作用，错误会渗透到任何计算中，因此需要通过创建冗余量子位在系统中构建冗余

5.3.2. 如果有了100万个量子位，他们认为就足够控制误差，可以在计算机上进行真正的实际计算

6.1. 微软的设计，它使用了拓扑处理器

6.2. 根据量子理论，除了离子阱和光子系统，还有另一种方法可以在室温下完成量子计算机的创建

6.2.1. 如果一个系统能够始终保持一定的特殊拓扑性质，它就可以在室温下保持稳定

6.3. 绳子的拓扑结构（也就是形状，具体到绳子这个物体上表现的就是结）除了切割，任何操作都无法改变

6.4. 物理学家试图找到无论温度条件如何，都始终能够稳定保持系统拓扑结构的物理系统

6.4.1. 如果找到，它将大大降低量子计算机的成本，提高量子计算机的稳定性

6.4.2. 有了这样一个系统，相干量子位可以从这些拓扑配置中产生

6.5. 锑化铟纳米线

6.5.1. 由许多组成物质经过一系列复杂相互作用而产生的，因此是“涌现的”

6.6. 马约拉纳零能模(Majorana zero mode)粒子

6.6.1. 一种神奇的材料，称其即使在室温下也能保持稳定

6.7. 任意子(anyons)

7.1. 可以通过使用磁场和电场来操纵超导导线中的电流，直到达到最低能量状态，从而实现优化数据的目标

7.2. D-Wave量子计算机在优化这一领域表现出色