量子計算機前段時間著實在朋友圈火了把,，這主要得益于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陸朝陽教授和潘建偉教授導(dǎo)的科學(xué)團隊研發(fā)出10個比的超導(dǎo)量子計算機的重要成果。經(jīng)過各大新聞的爭相播報,，它現(xiàn)在不僅是“人盡皆知”，更讓我國在量子域步入行列,。那么,，量子計算機究竟是什么樣的呢？

    簡單來說量子計算機是個計算速度非?？斓挠嬎銠C,，如果將現(xiàn)代的計算機比做自行車，那量子計算機就是飛機,。但是對于它的長相,，我們現(xiàn)在無法想象，就好比處在晶體管和電子管時代的人不能想象出超大規(guī)模集成電路的計算機長什么樣,。誰曾想過智能手機芯片已經(jīng)“完爆”了占地上千平方米的初期計算機呢,！

    話不多說，今天就帶你看看現(xiàn)在的量子計算機長啥樣,。目前初階段的量子計算機還真說不上高顏值,，跟早期計算機樣，它的“身軀”遍布在實驗室的各處,。但是談到關(guān)鍵部分,，也就是量子計算機的“心臟”，那可就是“高大上”了,。與現(xiàn)在計算機的CPU不同,，量子計算機的核心部分是參與運算的量子比，通常來說是相干光子或離子,。產(chǎn)生這些相干光子或離子的方法通常有超導(dǎo)環(huán)和離子阱兩種方法,。其中超導(dǎo)環(huán)在多量子比拓展方面還有些困難，從而離子阱成為目前較為勢的手段,。而無論是超導(dǎo)環(huán)還是離子阱,，這些器件的穩(wěn)定運行都需要苛刻的外界條件，那就是超高真空和低溫,，也就是說他們要凍在抽真空的“冰箱”里......

Advanced microfabricated ion traps. LEFT: High-optical access (HOA) trap from Sandia National Laboratories (Image courtesy of Duke University). RIGHT: Ball-grid array (BGA) trap from GTRI/Honeywell (Image courtesy of Honeywell).

    上圖中的器件就是典型的芯片式離子阱,，用于產(chǎn)生量子比的原子就在該芯片的中心位置被激發(fā)并被電磁場和庫倫相互作用所束縛。而下圖是為芯片提供超高真空和超低溫環(huán)境的Montana超精細(xì)光學(xué)恒溫器,。該恒溫器具有超低溫（3K）,、超高真空的點，并且提供多路自由光學(xué)通道和光線通道以及zui多可達100根電學(xué)引線,，是量子計算機的“心臟”所在,。（做為離子阱的標(biāo)準(zhǔn)裝置,，圖片來源于Christopher Monroe發(fā)表在《Nature》旗下《量子信息》雜志上的綜述文章）。說完“心臟”的外觀,，那這個心臟的能力如何呢,？采用傳統(tǒng)離子阱式的量子計算機方案能做到多少比呢？預(yù)計是50個,！不要小看這個數(shù)字哦,，如果能夠*用它們的相干性，那就是250個數(shù)據(jù)量,，并且信息處理速度可以達到GHz,。經(jīng)過改進的新型離子阱預(yù)計可以達到1000個量子比甚至更多，計算能力和信息量也會大大增加,，這會給以后的計算機帶來天翻地覆的變化,。

Compact cryogenic UHV enclosure for trapped ions. (a) On-package vacuum enclosure, sealed in a UHV environment, that contains the ion trap, getter pumps and the atomic source. (b) Upon installation and cooling in a compact cryostat, the UHV environment is established. (c) The optical components can be arranged in a compact volume around the cryostat to support the ion trap operation.

    zui后再次祝賀Quantum Design的用戶陸朝陽教授和潘建偉教授在量子計算機域取得的驚人成就，希望祖國科研再上新臺階,。

相關(guān)參考文獻：Co-designing a scalable quantum computer with trapped atomic ions. npj Quantum Information (2016) 2, 16034.