原標(biāo)題：1000字看懂IBM量子計(jì)算機(jī)原理

IBM建造了一臺真正的量子計(jì)算機(jī)，開啟了量子計(jì)算的新紀(jì)元。為了得瑟一下，近日他們啟動(dòng)了量子計(jì)算云服務(wù)，讓外部程序員和研究者可以通過算法來測試他們的量子芯片，并表示任何對量子計(jì)算感興趣的人都可以申請?jiān)囉?#xff0c;地址是：https://quantumexperience.ng.bluemix.net/。

IBM這臺量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行超導(dǎo)處理器，由液氦冷卻，在與谷歌的競爭中暫時(shí)領(lǐng)先一籌，谷歌迄今為止尚未發(fā)布量子芯片。該量子芯片擁有5個(gè)量子比特，據(jù)說40個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)，即相當(dāng)于現(xiàn)在一臺超級計(jì)算機(jī)的性能，那么它的原理究竟是什么呢？筆者逐字研讀了該報(bào)導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)它對量子計(jì)算的原理花費(fèi)了不少筆墨，卻晦澀難懂，根本無法從中體會(huì)這一劃時(shí)代產(chǎn)品帶來的震撼和偉大意義。而且對我們最為關(guān)心的問題，即如何在硬件上實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算卻語焉不詳。

我們都知道量子糾纏是個(gè)非常神奇且神秘的狀態(tài)，普通計(jì)算機(jī)只能識別兩個(gè)狀態(tài)0和1，在同一時(shí)間，要么是0，要么是1，而量子計(jì)算機(jī)則可以既是0，也是1，還可以是兩者的任意疊加態(tài)，也就是說它可以處于一種不確定的狀態(tài)，這就是量子的基本屬性。很燒腦不是？那就熄熄火好了，我們不需要關(guān)心薛定諤那只既死了又活著的貓，我們只需理解一點(diǎn)，普通電腦用晶體管做存儲(chǔ)器，而量子計(jì)算機(jī)是用原子做存儲(chǔ)器。那么量子計(jì)算機(jī)如何才能實(shí)現(xiàn)這種矛盾的狀態(tài)呢？

筆者查閱大量資料后，發(fā)現(xiàn)澳大利亞科學(xué)家基于硅-28的一種方案比較有代表性，他們的方案是將量子比特存儲(chǔ)在另一種元素的原子中，如磷，并將這些原子嵌入在一層薄薄的超純凈硅-28層位之上。計(jì)算的時(shí)候用激光束照射這些原子，使它們的自旋狀態(tài)發(fā)生改變，分析激光進(jìn)入和離開時(shí)的反射，便可以測得不同原子的大量狀態(tài)信息。最關(guān)鍵的是，這些原子并不是真正地指向“上”或“下”，而是遵循量子力學(xué)的原理同時(shí)處于“上”和“下”的混合狀態(tài)，即薛定諤的貓既死且活的狀態(tài)，所以一次照射相當(dāng)于完成了大量計(jì)算。也許可以用一維直線只有兩個(gè)方向來理解一個(gè)晶體管存儲(chǔ)的信息，而用三維立體六個(gè)甚至更多方向來理解一個(gè)量子存儲(chǔ)的信息，附圖可能有助于大家理解這個(gè)過程。

而IBM的量子計(jì)算機(jī)同樣構(gòu)建于硅晶片基礎(chǔ)之上，不過其核心部件之一是鈮、鋁構(gòu)成的超導(dǎo)金屬，在極端低溫下(只比絕對零度高0.0015度！)，才能呈現(xiàn)出量子特性。不知道是不是和澳大利亞科學(xué)家們采用的同樣方案，不過不管用什么方案，人類都得在量子層面對大量原子進(jìn)行操縱，并測量它們的量子態(tài)，編程計(jì)算，這是一個(gè)極端復(fù)雜的過程，涉及很多方面的知識，不再贅述。量子計(jì)算機(jī)的成功，必將對人類社會(huì)的未來產(chǎn)生革命性的影響。

量子計(jì)算機(jī)尚未揭開神秘面紗，未來真正量產(chǎn)，也許所用原理和材料都和現(xiàn)在有天壤之別，錯(cuò)誤之處，還請讀者朋友們批評指正。

責(zé)任編輯：

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的量子计算机科学原理,1000字看懂IBM量子计算机原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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