導(dǎo)語：伴隨著量子計(jì)算的深入研究，量子計(jì)算時(shí)代的大門已經(jīng)叩響。而量子計(jì)算機(jī)中那些亟待解決的問題仍制約著人類進(jìn)軍量子計(jì)算的步伐。目前，量子物理學(xué)家正在為“量子總線”的誕生奠定基礎(chǔ)，這種量子總線可以在未來的量子計(jì)算機(jī)的內(nèi)存和處理器之間傳遞量子信息，或?qū)⒔鉀Q困擾科學(xué)家多時(shí)的難題。

　　經(jīng)典計(jì)算機(jī)把晶體管從一個(gè)狀態(tài)切換到另一個(gè)狀態(tài)，從而將數(shù)據(jù)表示為1和0，而量子計(jì)算機(jī)則是使用量子位來實(shí)現(xiàn)這一目的。由于量子力學(xué)的超現(xiàn)實(shí)性質(zhì)，量子位可以處于疊加狀態(tài)，在此狀態(tài)下它們可以將1和0都表示出來。

　　量子位采用的疊加狀態(tài)會(huì)讓它們“一舉兩得”，即同時(shí)持有兩個(gè)狀態(tài)。如果兩個(gè)量子位在量子力學(xué)的意義上是相聯(lián)的，或者說是糾纏的，它們就可以同時(shí)擁有四個(gè)狀態(tài)，三個(gè)量子位的話，就有八個(gè)狀態(tài)，以此類推。理論上來說，300個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)可以容納比可見宇宙中的原子還要多的狀態(tài)。因此，計(jì)算機(jī)算法就可以使用這種互相糾纏的量子位，在瞬間進(jìn)行數(shù)量極其龐大的計(jì)算。

　　量子位采用的疊加狀態(tài)會(huì)讓它們“一舉兩得”，即同時(shí)持有兩個(gè)狀態(tài)。如果兩個(gè)量子位在量子力學(xué)的意義上是相聯(lián)的，或者說是糾纏的，它們就可以同時(shí)擁有四個(gè)狀態(tài)，三個(gè)量子位的話，就有八個(gè)狀態(tài)，以此類推。理論上來說，300個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)可以容納比可見宇宙中的原子還要多的狀態(tài)。因此，計(jì)算機(jī)算法就可以使用這種互相糾纏的量子位，在瞬間進(jìn)行數(shù)量極其龐大的計(jì)算。

　　奧地利因斯布魯克大學(xué)（University of Innsbruck）的量子物理學(xué)家Hendrik Poulsen Nautrup說：“量子計(jì)算中，一個(gè)很大的挑戰(zhàn)就是量子對(duì)象極其脆弱。但在理論上，我們可以使用量子糾錯(cuò)來保護(hù)這些對(duì)象。”

　　正如傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)具有可用作存儲(chǔ)器和處理器的組件一樣，未來的量子計(jì)算機(jī)也需要能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或執(zhí)行操作的量子位。這些量子存儲(chǔ)器和量子處理器組件將需要承受不同的噪聲閾值，量子存儲(chǔ)器必須具備抗變化的能力，而量子處理器必須確保它能更加靈活地變化。正因如此，量子存儲(chǔ)器和量子處理器就需要不同的糾錯(cuò)碼。

　　之前，研究人員已經(jīng)研制出了小型量子處理器和量子存儲(chǔ)器。但是，因?yàn)檫@兩種不同類型的組件是使用不同的協(xié)議來編碼信息的，科學(xué)家們現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)是如何在它們之間傳遞信息。

　　現(xiàn)在，Poulsen Nautrup和一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種實(shí)現(xiàn)這種混合架構(gòu)的可行方法。他們近期已經(jīng)在《自然通訊》雜志上詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。“我們已經(jīng)可以預(yù)想到，一臺(tái)擁有獨(dú)立組件、能夠?qū)崿F(xiàn)處理和記憶等不同目標(biāo)的量子計(jì)算機(jī)，將在不久的將來被研制出來。”

　　這項(xiàng)新技術(shù)還包括修改一些對(duì)每個(gè)邏輯量子位進(jìn)行編碼的物理量子位。這項(xiàng)被研究人員稱之為“子系統(tǒng)晶格手術(shù)”的策略，可以暫時(shí)將不同的邏輯量子位“縫合”在一起，例如在量子存儲(chǔ)器或量子處理器中使用的量子位。一旦它們被耦合起來，信息就可以從一個(gè)系統(tǒng)傳送到另一個(gè)系統(tǒng)。

　　量子計(jì)算新突破！數(shù)據(jù)總線有望解決困擾科學(xué)家多年的難題

　　Poulsen Nautrup說：“大體上，全球各地有關(guān)的實(shí)驗(yàn)室都已經(jīng)有了可借助的工具，來進(jìn)行原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。”他和他的同事們現(xiàn)在正在和由因斯布魯克大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家Rainer Blatt領(lǐng)導(dǎo)的小組開展合作。他說：“我還不能告訴你們太多，因?yàn)檠芯窟€正在進(jìn)行之中，尚未完成。但是僅僅是中間的結(jié)果，就足以振奮人心了。”

　　現(xiàn)在，越來越多的研究成果在不斷地向我們預(yù)示著即將到來的量子計(jì)算革命的藍(lán)圖，面對(duì)更具挑戰(zhàn)性的計(jì)算任務(wù)和海量的數(shù)據(jù)處理，量子計(jì)算是否能肩負(fù)起人類的期望？讓我們拭目以待。

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