2023 年存在哪些类型的量子计算机？

什么是量子计算机？

量子计算机有可能比经典计算机更快地解决某些类型的问题。例如，它们最终可以用于解决优化问题、模拟量子系统甚至分解大数，尽管它们目前还不能做到这一点。

但它们是如何工作的？

与经典计算机相比，量子计算机使用量子力学原理更有效地执行某些类型的计算。值得注意的是，传统计算机使用位（可以是 0 或 1）存储和处理信息，而量子计算机使用量子比特或量子位，它可以是 0 和 1 的叠加。

在量子计算机中，代表和操纵量子态信息的量子比特是基本的构建块。与一次只能以一种状态存在的经典比特不同，量子比特可以以多种概率状态存在。由于这个特性，量子计算机可以对大量的可能性进行同时并行计算。

量子计算也依赖于纠缠的概念。在纠缠中，两个或多个量子位以这样一种方式相关，即一个量子位的状态会受到另一个量子位的状态的影响，而不管它们在物理上是分开的。

5 种主要类型的量子计算机

目前，有几种不同的方法来开发和制造量子计算机。这里所示例公司并不是详尽无遗的。正如我们所说，五种领先的量子比特类型方法是：

1. 超导

最流行的量子计算机类型之一是超导量子计算机。这些量子计算机通常由超导材料制成，利用微小的电路来产生和操纵量子位。使用超导量子位时，可以快速执行门操作。

积极研究和制造超导量子计算机的公司包括 Google、IBM、IQM 和 Rigetti Computing 等。

2. 光子学

这些类型的量子计算机使用光子（光粒子）来携带和处理量子信息，并且其工作原理存在一些细微差别和复杂性，基于光子的 ORCA Computing 首席执行官 Richard Murray 在接受 The The 独家采访时解释了这一点。对于大型量子计算机，光子量子比特是需要低温或激光冷却的俘获离子和中性原子的有前途的替代品。

有数十家公司致力于光量子计算技术。其中一些包括 Xanadu、ORCA Computing、Quantum Computing Inc 和 PsiQuantum。

光子学是一个很好的例子，说明光子学是如何成为用于存储量子计算机的通用类别。例如，Xanadu 的“压缩光”方法与 PsiQuantum 的方法有本质上的不同。

3. 中性原子

基于中性原子的量子计算涉及通过称为光镊的紧密聚焦激光束阵列将原子悬浮在超高真空中，尽管并非所有中性原子公司都使用光镊。中性原子量子计算机对杂散电场不太敏感，这使它们成为量子处理器的不错选择。

许多从事中性（冷）原子量子计算技术的公司包括 Pasqal（与 Qu&Co 合并）、Atom Computing、ColdQuanta 和 QuEra。

4. 俘获离子

俘获离子量子计算机涉及使用带有称为“离子”的净电荷的原子或分子，这些原子或分子使用电场和磁场被俘获和操纵以存储和处理量子信息。由于捕获的离子可以与其环境隔离，因此它们可用于精密测量和其他需要高水平稳定性和控制的应用。此外，量子比特在退相干之前可以长时间保持叠加状态。

代表量子空间公司的俘获离子社区，有 Quantinuum、IonQ、Quantum Factory、Alpine Quantum Technologies、eleQtron 等。

5. 量子点

量子点量子计算机使用由成对的量子点组成的硅量子位。从理论上讲，对于量子计算机来说，这种“耦合”的量子点可以用作稳健的量子位或量子位。

专注于该领域的公司包括 Diraq、Siquance 和 Quantum Motion。

6. 其他方法

构建可行的量子计算机的其他替代方法包括氦电子、NV 金刚石和拓扑方法。

我们什么时候可以期待商业量子计算的兴起？

该领域的专家预测，随着量子计算技术的进步，量子计算硬件的成本将随着时间的推移不断降低，从而使更广泛的企业和组织能够负担得起。量子计算机价格可能会受到几个重要因素的影响，包括该领域的先进发现、市场需求和量子计算公司之间的竞争。

关于技术进步，目前 IBM 和谷歌等公司提供的最先进的量子计算机有数百个量子比特。可能有必要将量子比特数增加到数千甚至数百万，以便使用该技术在商业领域产生任何有意义的影响。

取得进展的一个明显障碍是一些量子计算机，例如超导量子计算，需要复杂的冷却系统来保持量子位在低温下才能正常运行，以及可靠的纠错系统。诸如此类的问题造成了这样一种情况，即量子计算机何时可以商用并没有确切的时间表，尽管许多行业思想领袖都押注该技术的实际应用将在未来 10 到 20 年内出现。

结论

量子计算机需要物理学、工程学和计算机科学等领域的专业知识。上面讨论的方法都有其优点和缺点，每一种都是正在进行的研究和开发的主题。为了建造一台量子计算机，必须考虑许多因素，包括需要解决的具体问题、可用资源以及特定时间的技术进步。

最后，该领域的专家，加州理工学院的教员和理查德·P·费曼理论物理学教授，也是量子信息与物质研究所的 Allen V.C. 和 Lenabelle Davis 领导主席——John Preskill，他在2022年接受了加州理工学院科学交流的采访。关于我们需要等待多长时间才能让量子计算机做一些有用的事情，他如实回答道：

“嗯，这取决于你想要什么。我们正处于量子计算机发展的早期阶段，但即使是现在，从科学的角度来看，我们已经拥有的量子计算机也在发挥作用。它们使我们能够以前所未有的方式探索复杂量子系统的行为，这将推动未来五年或十年的科学发现。但对于广泛的实际影响，我认为合理的估计是几十年或 10 年以上。”

参考链接：https://thequantuminsider.com/2023/06/06/what-types-of-quantum-computers-exist-in-2023/

—煤油灯科技victorlamp.com编译整理—