量子计算机即将获得真实

虽然术语“量子计算机”可能会提出一个微型，时尚的装置，但最新的化身是苹果商店中的任何东西都会哭泣。在纽约市以北60公里处的实验室中，科学家们正在通过它的步伐运营漂浮量子计算机 - 整个包装看起来像是在地下室的黑暗角落里找到的东西。包围计算机的冷却系统是关于家用热水器的尺寸和形状。

在笨重的外观下方坐在电脑的心脏，量子处理器，一定的微小，精确的芯片，每侧约厘米。冷却到绝对零以上的温度，由IBM制造的计算机制造，并在Norkown Heights的公司的Thomas J. Watson Research Center居住。 - 包含16个量子位或Qubits，足以仅用于简单的计算。

但是，如果可以缩放此计算机，则可以超越电流计算限制。基于Supersmall物理的计算机可以解决难题没有其他计算机可以 - 至少在理论上 - 因为量子实体表现得与更大领域中的任何东西不同。

量子计算机并没有将标准计算机放在耻辱。最先进的计算机正在使用少于两次额度的额度。但是，来自工业和学术界的团队正在努力将自己的量子计算机版本扩展到50或100 Qubits，足以执行某些计算，即最强大的超级计算机无法退出。

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比赛正在达到那个里程碑，被称为“量子至上”。芝加哥大学Quantum物理学家David Schuster表示，科学家应该在几年内达到这一目标。“没有理由看到它不起作用。”

深度冻结

冷却系统（谷歌所示）保持超导量子处理器的寒冷温度，该温度坐在底部的底部。该系统封闭在热水器尺寸的容器中。

但是至高无上只是一个初步的一步，一个象征性标记类似于将旗杆粘在未开发的景观的地面上。量子计算机普遍的第一个任务将被设置为难以为标准计算机设置的问题，但对于量子难以容易。最终，希望是，计算机将成为科学家和企业的珍贵工具。

注意思想

一些第一个有用的问题量子计算机可能会伸出的是模拟小分子或化学反应。从那里，电脑可以继续加快搜索新药或启动节能催化剂的开发以加速化学反应。为了找到特定工作的最佳材料，量子计算机可以搜索数百万的可能性，以确定理想的选择，例如，超空间用于飞机翼。广告商可以使用量子算法来改善其产品推荐 - 当您正在购买一个时，就可以为新手机丢弃广告。

Quantum Computers也可以提高机器学习，允许近乎完美的手写识别或帮助自动驾驶汽车评估从传感器倾注的数据涌入，以便远离跑进街道的孩子。和科学家可以使用量子计算机来探索物理学的异国情调领域，例如模拟在黑洞内部可能发生的东西。

但量子计算机将无法达到其实际潜力 - 这将需要利用数百万QGBits的力量 - 超过十年。对于量子计算机的长期未来仍然存在的可能性仍然存在。

前景类似于围绕标准计算机发展的拼凑的愿景 - 哪些量子科学家称为“古典”电脑 - 在20世纪中叶。当他们开始用电子电脑进行修补时，科学家无法理解所有最终应用;他们只是知道机器拥有强大的力量。从这个初始承诺来看，经典计算机在科学和商业中变得不可或缺，占据了日常生活，手持智能手机成为不变的同伴（SN：4/1/17，p。 18）。

我们对真正彻底改变的可能性非常兴奋......我们可以计算什么。

- Krysta Svore.

自20世纪80年代以来，当量子计算机首次引起兴趣时，进展已经适合并开始。没有创建真实量子计算机的能力，工作仍然是理论的，并且不清楚 - 或者如果 - 量子计算将可以实现。现在，随着小型量子电脑，迅速推出的新发展，科学家和公司正在为最终似乎到达的新技术准备。

“公司真正关注，”微软的Krysta Svore在美国物理社会会议上的一系列会议期间，在新奥尔良3月13日表示。热情的物理学家充满了房间，在门口蜷缩在门口，在她说话时紧张地听到。Svore和她的团队正在探索这些新兴量子计算机最终能够能够的东西。“我们对真正彻底改变的可能性非常兴奋......我们可以计算什么。”

qubit的解剖学

量子计算的承诺植根于量子力学，对逆行物理来控制诸如原子，电子和分子等微小实体。量子计算机的基本元素是QUBit（发音为“Cue位”）。与标准计算机位不同，可以采用0或1的值，Qubit可以是0,1或两者的组合 - 一种称为量子叠加的0和1之间的一种致言。当测量qubit时，有一些机会获得0，有些机会获得1。但在它测量之前，它既和1都是如下。

因为Qubits同时可以表示0和1，所以它们可以编码丰富的信息。在计算中，可能性 - 0和1 - 同时操作，允许加速解决方案的一系列并行计算。

另一个qubit quirk：它们的性质可以通过纠缠的量子现象（SN：）交织在一起（SN：4/29/17，p。 8）。在纠缠的一体中测量一个量子位立即揭示其合作伙伴的价值，即使它们相距甚远 - 阿尔伯特爱因斯坦叫“距离幽灵动作”。

图表后的故事继续

门控社区

在量子计算中，程序员执行一系列名为Gates，以翻转Qubits（由黑色水平线表示），纠缠于链接其属性，或者将它们放在叠加中，同时表示0和1。首先，一些门定义：

科学家可以将像上面的盖茨相结合到复杂的序列中，以执行古典计算机不可能的计算。一种称为Grever搜索的一种这样的量子算法，加速搜索，例如扫描指纹数据库以获得匹配。要了解这是如何作用的，请考虑一个简单的游戏展示。

在这场比赛中，四门隐藏一辆汽车和三只山羊。参赛者必须随意打开门，希望找到汽车。格罗弗的搜索立即看出所有可能性并放大所需的可能性，因此参赛者更有可能找到汽车。这两个Qubits代表四个门，以二进制标记为00，01,10和11。在这个例子中，汽车隐藏在门11后面。

第1步：将两个Qubits放在叠加中。所有四个门都有相同的概率。
第2个：隐藏门11后面的汽车。在一个真实的示例中，该信息将存储在Quantum Database.step
3中：放大获取正确答案的概率11，11，当测量Qubits时.Step 4：
衡量QUBits;结果是11。

这种奇数量子属性可以用于超越计算。但该方法不会加速对它抛出的每个问题的解决方案。量子计算器特别适用于某些类型的谜题，所以可以通过称为量子干扰的过程选择正确答案的那种。通过量子干扰，正确的答案被放大，而其他答案被取消，就像在湖中彼此相遇的涟漪一样，导致一些峰变得更大，其他峰变得更大。

量子计算机最着名的潜在用途之一是将大型整数分解为其主要因素。对于古典计算机，该任务非常困难，信用卡数据和其他敏感信息通过基于对编号的加密来保护。最终，足够大的量子计算机可以打破这种类型的加密，为古典计算机裂缝需要数百万年的编号。

量子计算机还承诺加快搜索，使用Qubits更有效地在数据Haystack中挑选信息针。

可以使用各种材料制成Qubits，包括离子，硅或超导体，其在没有阻力的情况下进行电。遗憾的是，这些技术都没有允许在桌面上轻松拟合的计算机。虽然电脑芯片本身是微小的，但它们依赖于大型冷却系统，真空室或其他笨重的设备，以保持QUBITS的精细量子特性。量子计算机可能被限制在可预见的未来的专业实验室，通过互联网远程访问。

过高

网络连接量子计算机的愿景已经开始令人兴奋的量子计算。即将到来，我们希望更多的人在Itmaterialize中得到良好。2016年，IBM推出了量子经验，这是世界各地任何人都可以免费访问的量子电脑。

量子计算是令人兴奋的。即将到来，我们希望更多的人能够得到很好的精通。

- 杰里咸菜

只有五个Qubits，Quantum经验是“有限的，”Jerry Chow说，他管理IBM的实验量子计算组。（IBM的16个QUB网上计算机处于测试版测试中，因此量子体验用户刚刚开始掌握它。）尽管有其局限性，但量子经验允许科学家，计算机程序员和公众熟悉编程量子计算机 - 这遵循不同的规则而不是标准计算机，因此需要新的思考问题。“量子计算是令人兴奋的。即将到来，我们希望更多的人能够得到很好的精通，“Chow说。“这将使发展和进步更快。”

但要充分跳跃量子计算，科学家将需要证明他们的机器可以越优于最佳标准计算机。“这一步骤非常重要，让您建立一个实际量子计算机的社区，”麦宗大学普通物理学家西蒙德·悉尼说。Devitt预测，这类量子最高的证明可能会在今年年底或2018年来。

谷歌的研究人员列出了展示量子至上的策略，2016年Arxiv.org在线发布。它们提出了一种算法，如果在大量的量子计算机上运行，​​则会产生无法通过世界上最强大的超级计算机复制的结果。

该方法涉及对Qubits进行随机操作，并测量吐出的答案的分布。在经典超级计算机上获得相同的分发需要模拟量子计算机的复杂内部工作。模拟具有超过45夸脱的量子计算机变得无法管理。超级计算机无法达到这些量子狂野。

要进入这个腹地，谷歌拥有九个QUB网上计算机，具有积极的计划，可以扩展到49夸张。“我们非常乐观，”谷歌的John Martinis，Santa Barbara大学的物理学家说。

Martinis和同事计划在阶段进行，沿途工作纠正纠正。“你建造了一些东西，然后如果它没有精致工作，那么你就不会做下一个 - 你修复了发生的事情，”他说。研究人员目前正在开发15和22夸脱的量子计算机。

IBM，像谷歌一样，也计划走大。3月份，该公司宣布将在未来几年内建立一个50个戒烟的电脑，并可以为渴望成为蓬勃发展技术的第一个采用者的企业提供。只有两个月后，IBM宣布其科学家们创造了16 QUB比特量子计算机，以及一个17个Qubit原型，这将是公司未来的商业计算机线的技术跳跃点。

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但量子计算机远远超过其Qubits的总和。“关于缩放的真正关键方面的一个不是简单...... Qubit号码，但真正提高了设备​​性能，”Chow说。因此IBM研究人员专注于标准，他们称之为“量子量”，这考虑了几个因素。这些包括Qubits的数量，每个调情如何连接到其邻居，错误地滑移到计算中的速度以及可以一次执行多少操作。“这些都是真正给出了量子处理器它的力量的因素，”周刊说。

错误是提高量子体积的主要障碍。凭借其精致的量子特性，Qubits可以通过每个操作累积故障。Qubits必须抵制这些错误或计算迅速变得不可靠。最终，具有许多QUBITS的量子计算机将能够通过称为纠错所谓的程序来解决裁剪的错误。尽管如此，为了提高计算的复杂性，量子计算机可以采取，Qubit可靠性需要保持改善。

用于形成Qubits的不同技术具有影响量子体积的各种优点和缺点。IBM和谷歌建立了超导材料的Qubits，多么多学术科学家。在冷却至极低温度的超导体中，电子流动不受阻碍。为了时装超导Qubits，科学家们形成电路，其中电流流在由铝或另一种超导材料制成的线圈内。

几个学术研究人员团队从单离子创造Qubits，被困住并用激光探测。英特尔和其他人正在使用从称为量子点的微小硅（SN：）制造的Qubits（SN：7/11/15，p。 22）。微软正在研究所谓的拓扑QUBITS，这将是抗逃入计算的错误的矛盾。Qubits甚至可以从钻石锻造，使用晶体中的缺陷隔离单个电子。同时，光子量子计算机使用光颗粒进行计算。中型队的团队于5月1日在自然光子上发布的纸张上映，基于轻型量子计算机可以在特定问题上优于最早的电子计算机。

一家公司D波，声称具有可以执行严重计算的量子计算机，尽管使用比其他量子计算机更有限的策略（SN：7/26/14，p。 6）。但许多科学家对这种方法持怀疑态度。“当时的一般共识是量子正在发生的东西，但仍然尚不清楚它是什么，”Devitt说。

相同的离子

虽然超导额度从IBM和Google等巨头获得了最多的关注，但尚未采用不同方法的失败者最终通过这些公司。一个潜在的新版是Chris Monroe，他将基于离子的量子计算机制作。

在他在大学公园马里兰州校区办公室附近的走道，一个横幅，具有蒙罗雷漂亮的肖像，装饰着围栏。消息：梦露的量子计算机是一个“无所畏惧的想法”。横幅是一个具有若干大学的研究人员的广告活动的一部分，但梦露似乎是一个APT选择，因为他的研究雄辩与超导Qubits合作的趋势。

梦露和他的小军队的研究人员在整洁的线条中排列离子，用激光操纵它们。在2016年出版的论文中，梦露和同事们首次推出了由YTterbium离子制成的五态量子计算机，让科学家们进行各种量子计算。他说，一个32离子电脑在作品中。

Monroe的实验室 - 他在校园里有了六个他们 - 不要类似于与计算机相关的任何东西。桌子持有镜片和镜子的刻度混乱，周围围绕容纳离子的真空室。与IBM的计算机一样，虽然完整包装是笨重的，但量子部分是微量的：离子链跨越百分之一毫米。

激光护目镜的科学家倾向于整个设置。Monroe说，该设备的外国性质解释了为什么对量子计算的离子技术没有脱落。所以他和同事们把自己的手送到了自己的手中，创造了一个名为IONQ的初创公司，计划改进离子计算机，使他们更容易使用。

梦露指出了他的技术的一些优势。特别地，相同类型的离子是相同的。在其他系统中，Qubits之间的微小差异可以消耗量子计算机的操作。随着量子计算机的比例缩放，Monroe说，将有一个重要的价格来支付这些小差异。“拥有相同的Qubits，超过数百万他们，这将非常重要。”

在3月份发表的论文中，在国家科学院的法律程序中，梦露和同事将其量子计算机与IBM的量子经验进行了比较。离子计算机执行的操作比IBM的超导速度更慢，但是它受益于更互连 - 每个离子可以与任何其他离子缠结，而IBM的Qubits可以仅与相邻的Qubits纠缠在一起。该互连意味着可以在更少的步骤中进行计算，有助于弥补较慢的操作速度，并最大限度地减少错误的机会。

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Quantum vs.量子

两个不同的量子计算机 - 一个使用离子QUBITS的量子，另一个超导Qubits - 在最近的比较中转向头。两个五种QUBBit计算机同样执行，但每个计算机都有自己的优势：超导计算机更快;离子计算机更频互连接，需要更少的步骤来执行计算。

早期应用

像门罗这样的计算机仍然远非解锁量子计算的全部功率。为了执行越来越复杂的任务，科学家们将不得不纠正滑入计算的错误，通过在许多Qubits中传播信息来解决空蝇问题。不幸的是，根据QUBits的质量，这种纠错乘以10,100甚至数千倍的Qubits的数量。完全错误校正的量子计算机将需要数百万QGBits。这还是很长的路。

因此，科学家正在勾勒出一些简单的问题，昆腾计算机可以在没有纠错的情况下挖掘。最重要的早期应用是通过使用量子计算机来模拟化学系统的量子力学来研究小分子或简单反应的化学。2016年，来自谷歌，哈佛大学和其他机构的科学家进行了这种量子模拟氢分子。已经用具有类似结果的古典计算机模拟了氢气，但随着量子计算机的比例，可以遵循更复杂的分子。

一旦出现错误校正的量子计算机，许多量子物理学家尤其对一个化学问题进行了注意：制造肥料。虽然似乎对量子物理学家的使命不太可能，但任务说明了量子计算机的游戏变化潜力。

Haber-Bosch工艺用于制造富含氮肥的肥料，是绝对的能量密集，要求高温和压力。现代农业至关重要的过程，消耗了世界上的1％的能源供应。可能有更好的方法。氮固定细菌容易从空气中提取氮气，感谢酶氮酶。量子计算机可以帮助模拟这种酶，并揭示其性质，也许允许科学家“设计催化剂以改善氮固定反应，使其更有效，并节省世界的能源，”微软的舍斯尔说。“这是我们想要在量子计算机上做的那种东西。对于那个问题，它看起来我们需要纠错。“

难以确定不需要纠错的应用是困难的，并且可能性不完全映射出来。“这不是因为他们不存在;我认为这是因为物理学家不是正确的人，“麦格里的Devitt说。一旦硬件可用，思考就会出现，计算机科学家将提出新的想法。

这就是为什么IBM等公司正在通过Web推送用户量子计算机给用户。“许多这些公司都在意识到他们需要人们开始与这些事情一起玩耍，”Devitt说。

量子科学家正在迁移到一个新的未明确的计算领域，为计算机程序员带来骑行。这些刚刚的系统的功能可以重塑社会使用计算机的方式。

最终，量子计算机可能成为我们技术社会结构的一部分。Quantum计算机可以集成到量子互联网中，例如，这将比现在存在的更安全（SN：10/15/16，p。 13）。

“量子计算机和量子通信有效地允许您以更私下的方式做事，”MIT的物理学家Seth Lloyd说，他们甚至甚至搜索引擎都可以间谍的网络搜索。

对于没有人思考的量子计算机，可能有很多用途。

“我们不确定这些都将用于什么。这让它变得有点奇怪，“梦露说。但是，他维持，电脑会找到他们的利基。“建立它，他们会来。”

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这个故事出现在2017年7月8日，问题普遍的新闻界，“量子计算机变得真实：由于第一项基于Qubit的机器上网，科学家们刚刚开始想象可能性。“