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據美國《新科學家》網站報道，世界上首臺可編程的通用量子計算機近日在美國面世。不過根據初步的測試程序顯示，該計算機還存在部分難題需要進一步解決和改善。科學家們認為，可編程量子計算機距離實際應用已為期不遠。

早在一年前，美國國家標準技術研究院的科學家們已經研制出一臺可處理2量子比特數據的量子計算機。由于量子比特比傳統計算機中的“0”和“1”比特可以存儲更多的信息，因此量子計算機的運行效率和功能也將大大突破傳統計算機。據科學家介紹，這種量子計算機可用作各種大信息量數據的處理，如密碼分析和密碼破譯等。

在傳統計算機中，采用的是二進制“0”和“1”比特物理邏輯門技術來處理信息，而在量子計算機中，采用的則是量子邏輯門技術來處理數據。對于這種技術，美國國家標準技術研究院科學家大衛-漢內克解釋說，“比如，一個簡單的單一量子比特門，可以從‘0’轉換成‘1’，也可以從‘1’轉換成為‘0’。”這種轉換就使得計算機存儲能力不僅僅是以倍數級增加。與傳統計算機的物理邏輯門不同的是，美國國家標準技術研究院所研制的這臺可編程量子計算機中的量子邏輯門均已編碼成為一個激光脈沖。這臺實驗量子計算機使用鈹離子來存儲量子比特。當激光脈沖量子邏輯門對量子比特進行簡單邏輯操作時，鈹離子就開始旋轉運行。制造一個量子邏輯門的方法首先要設計一系列激光脈沖來操縱鈹離子進行數據處理，然后再利用另一個激光脈沖來讀取計算結果。

這臺可編程量子計算機的核心部件是一個標有金黃圖案的鋁晶片，其中包含了一個直徑大約200微米的微型電磁圈。在這個電磁圈中，科學家放置了四個離子，其中兩個是鎂離子，兩個是鈹離子。鎂離子的作用是“穩定劑”，它可以消除離子鏈的意外振動，以保持計算機的穩定性。由于量子比特可能產生多種操作可能，因此科學家們在實驗中隨機選取了160可能操作進行了演示，來驗證處理器的通用性。每次操作都用31個不同的量子邏輯門去將2個量子比特編碼至一個激光脈沖中。

科學家們將這160種程序每一種都運行了900次。通過對測試數據對比和理論預測，科學家們發現，這個芯片基本可以按既定程序工作。不過，科學家們也承認，它的準確率目前只有79%。漢內克表示，“每個量子邏輯門的準確率均為90%以上，但是當所有量子邏輯門都綜合起來使用，整體準確率卻下降到79%。”對此，科學家認為，造成這種誤差主要是因為每次激光脈沖的強度不同所造成的。漢內克解釋說，“由于這些脈沖不是直線的，它們是波動的，因此就會引起這種誤差。此外，光線的散射和反射等原因，也會造成這種誤差的產生。”

科學家們相信，隨著更多的測試和改進，這種誤差將會越來越小。通過改進激光的穩定性和減少光學硬件設備的誤差，可以提高芯片運行的準確率。直到芯片的準確率提升到99.99%，它才可以作為量子計算機的主要部件使用，這臺可編程量子計算機才可真正地投入實際應用。(彬彬)2009年12月18日

總結

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