剩下唯一要做的，就是真正去建造它。

英国萨塞克斯大学的一组研究人员近日公布了一份大型量子计算机的建造蓝图，他们声称这是首份切实可行的设计蓝图。或许，这可以被称为一次“量子跃迁”式的重大突破。

《科学进展》杂志（Science Advances）近日发表的一篇论文称，萨塞克斯研究团队设计的量子计算机利用了他们自己发明的一种新设备，该设备可以让量子信息通过电场，从量子计算机的一块微芯片传输到另一块芯片，而不需要用到光纤缆线。这将让微芯片之间的传输速度比目前光缆连接所能达到的速度快出10万倍。

“一直以来，人们通过大量研究，实现了一次次创新，让我们一步一步接近量子计算机。”萨塞克斯大学离子量子技术团队的负责人温弗里德·亨辛格（Winfried Hensinger）说，“但我们所做的有所不同：我们为建造大型量子计算机制定出了一套详尽的方案。”

换句话说，该团队整合了量子计算领域的一些独立创新，为建造世界上第一台大型量子计算机制定出了一份细致入微的技术蓝图，其中涵盖了从内部电子元件到机器功率规格在内的一切要素。

如果这台大型量子计算机真的建造出来，它将在电子计算领域掀起一场彻底的革命。

因为它能够处理传统二进制计算机根本无法完成的任务。这种能力源于量子计算机处理信息的方式——与使用比特（1或0）存储信息的传统计算机不同，量子计算机使用的是量子位（可以是0，可以是1，也可以是1和0的叠加状态）。专家担心，量子计算机将能轻松破解如今广泛使用的一些加密技术，他们目前正在为这种可能性预做准备。

对于如何建造量子计算机，研究人员曾提出了不少方案，但其中最有前景的一种被称为“陷俘离子式量子计算机”，萨塞克斯团队在其蓝图中描述的正是这一种。顾名思义，这种类型的量子计算机利用了“陷俘”在电磁场中的离子（即带电的原子或分子）。

通过改变这些离子的状态——办法就是利用微波将原子所带电子从一个能量级迁移到另一个能量级——研究人员让它们充当起了量子位，或称量子信息的载体。要建造出量子计算机，这些量子位之间必须发生交互，要么通过激光器改变它们的实体位置，要么让它们释放出光子（这些光子随后会通过光缆进行传输）。

在萨塞克斯团队的蓝图中，量子计算机由一系列手掌大小的微芯片模块组成。据亨辛格称，每个模块将能陷俘大约2,500个离子。当这些微芯片通电之后，电压产生的电场将会捕获离子，并使其飘浮在微芯片的上方。不过，亨辛格及其同事并没有使用激光器或光缆等复杂装置来让不同微芯片的离子产生交互，而是发明出一种设备，利用电场本身，把离子从一块微芯片传输到相邻的微芯片。

“他们试图简化量子位的控制机制。”加拿大滑铁卢大学量子计算研究所的联合创始人米歇尔·莫斯卡（Michele Mosca）说，“因此，他们没有通过大量的激光器去控制单个离子，而是设计出了这种（电场）方案。这种办法很独特。”莫斯卡本人并未参与萨塞克斯团队的研究。

陷俘离子式量子计算机核心部分的原型。

除了相对于使用光缆连接的速度优势之外，萨塞克斯团队发明的设备还带来了另一项重要改进：技术更加简单，成本也更加低廉。

如果你的量子计算机只需控制少量离子，那么激光器的效果将会非常出色。但如果想要一台能够破解当今所有加密技术的量子计算机，它内部运行的离子将多达数百万个，也就需要数百万个激光器，而在当前的技术条件下，这是无法实现的。事实上，到目前为止，研究人员建造的陷俘离子式量子计算机，连区区十几个量子位都很难控制。

另一方面，萨塞克斯团队设计的量子计算机应该可以通过现有技术实现，而且它所能控制的量子位数量也要多得多。亨辛格希望能在未来两年内建造出一个小型原型机，从而证明其设计方案的可行性。这个原型机将只包含两块微芯片，但如果它能成功，就有可能成为构建大型量子计算机的基础，后者将可以运行数百万个量子位，占据的空间相当于一个足球场，耗资也将超过1.2亿美元。

我们要过多久才能建造出大型量子计算机，谁也说不准。就像传统计算机并非一日建成，量子计算机也将在一次次的增量改进中逐渐成形——亨辛格表示，关键在于，现在是时候开动起来了。

“这不是能一蹴而就的事情，但我们的蓝图指明了哪些工作需要提前做好。”亨辛格说，“这件事将耗费巨资，而且困难重重，但我认为，现在我们可以开始思考建造这台机器所需的工程技术。”

翻译：何无鱼

来源：Motherboard

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