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超导量子計算介绍

量子計算机是基于量子物理运行规律而运转的计算机。相比于经典图灵机,通常情况下量子計算机的效率会更加显著。因为我们世界运行的规律是量子的,用量子計算机来模拟量子系统会更高效。同时由于量子叠加的性质,那么量子計算天然就是并行的计算模式,遇强则强,犹如屠龙宝刀。事实上并非所有的量子算法计算速度都快于经典计算,而面对具体的问题上,量子計算与经典计算都有各自的优势。

在物理系统上要实现量子計算,需要分三步走。(1)量子比特的初始化;(2)任意量子态的演化;(3)单量子比特的测量与读出。著名的量子物理学家,Divincenzo于2000年提出了要想完美实现量子計算的五条标准,如下所示:

<1>量子比特的初始化

<2>能够实现通用的量子計算逻辑门:单比特逻辑门与CNOT门

(Note:因爲現在物理學家,已經證明態的任意演化,都可以分解爲單比特門與CNOT門的組合。)

<3>比特的退相幹時間,遠遠長于完成邏輯門鎖需要的時間

<4>盡可能的能夠完美的實現量子測量讀出

<5>量子比特能夠進一步的在物理體系進行擴展

超导量子計算设置主要分为五大模块:

超导量子計算介绍

(1)稀釋制冷機,(2)微波電子器件,(3)電路板,(4)量子比特處理器,(5)後台系統處理模塊。而超導量子比特的核心是約瑟夫森結,兩塊超導體通過納米尺度的絕緣層鏈接,示意圖如下:

超导量子計算介绍

實驗上在超導比特讀出的過程中,可以使用超導腔讀出方式。

下面总结一下超导量子計算的几大特点:

(1)系統的工作在超低溫。(物理條件要求比較苛刻)

(2)在微波電子器件的制作上,可以利用現有的半導體微加工工藝

(3)過去的十多年的發展迅速

  • ? ? 比特的相干时间延长了2个量级及以上
  • ?? 量子逻辑门保真度提升到了99.4%以上
  • ?? 可调控的量子比特数目提升到了20个以上。(为量子云计算平台提供储备资源)
  • ? D-Wave量子退火機,包含超过2000个超导比特。

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編者注:本文由QibtLab成員供稿

作者注:本文由本人參加中科大學術會議整理而成,如構成侵權聯系刪之。

 

 

 

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