主题：【文摘】量子计算机专题 -- 不爱吱声

从量子计算机的概念出现之后，量子信息处理的领域已经取得了很大数量且极有希望的进展，这些进展包括建立了2和3位qubit的量子计算机，能够运行一些简单的算法，也能进行数据存储。但是，一些潜在的巨大障碍仍然阻止我们建立一个能够对抗现代数字计算机的量子计算机。

　　在这些困难之中，更正错误、脱散和硬件结构可能是最可怕的。更正错误顾名思义，但是什么错误需要更正呢？因为脱散（或者说量子计算机因为和环境状态的相互影响或纠缠）从给定状态向不连贯状态衰减的倾向所产生的错误需要更正。在环境和qubit之间的交互作用是不可避免的，这种交互作用使得储存在量子计算机中的信息衰减并导致计算错误。在量子计算机能够解决困难的问题之前，研究者们必须设计一种方法使脱散和其它潜在问题源能够得到有效控制。量子错误纠正理论的出现无疑是一道曙光，这个理论首先出现在1995年并且从那时起即开始持续发展，现在已经实现。目前，小规模的量子计算机已经建立，而大型量子计算机也将于不久的将来成为现实。

　　可能这个领域最重要的思想即是在相位一致中更正错误的应用，相位一致是一种不用测量系统就能够筛选信息减少错误的方法。1998年，在Raymond Laflamme领导下的Los Alamos国家实验室和麻省理工的研究者们设法使一位量子信息（qubit）穿过液态丙胺酸分子或三氯乙烯分子的三个核子的自旋从而扩展了信息。他们通过核磁共振（NMR）技术完成了这项工作。

　　这项实验很有意义，因为被扩展的信息实际上很难被破坏。量子动力学告诉我们直接测量qubit的状态不可避免的要破坏量子存在的那些状态的交叠，迫使量子存在的状态变为0或1。扩展信息这项技术允许研究者们利用纠缠的性质作为一种分析量子信息的间接方法研究状态之间的相互作用，从而避免了直接测量。研究者通过比较自旋试图发现不研究信息自身能否找到在它们之间所产生的新的区别。

　　这项技术使他们有能力在一个qubit的相位一致中发现并修复错误，因而保持量子系统的高度一致性。这一转折点对那些怀疑量子计算机的人提出了有力反击，而且给那些支持量子计算机的提供了希望。当前，加利福尼亚理工学院、微软、Los Alamos和其它一些地方的研究者仍在继续量子错误更正的研究。

　　在这一点上，只有一些量子计算机的优点是显而易见的，而在量子计算机的更多的可能的优点出现之前，许多理论仍需检验。为了做到这个，必须建造用于量子计算的设备。但是，量子计算的硬件仍在初级发展阶段。作为几个有意义的实验的结果，核磁共振（NMR）已经变成了量子硬件结构中最受欢迎的单元。仅仅在过去的一年中，一组Los Alamos国家实验室和麻省理工的研究者就建立了第一个使用了核磁共振（NMR）技术并用于实验示范的量子计算机。

　　当前，这方面的研究尚在起步之中，研究的目的就是试图发现一些对抗脱散效果的方法，使得能够发展一个理想的硬件结构用于设计和建造量子计算机，并能够利用这些设备中的巨大的计算力进一步揭示量子运算法则。自然，研究的进步是和量子错误纠正编码和量子运算法则密切相关的，所以研究者们也同时在这些领域进行研究。现在，研究已经设计到了离子捕获（ion traps）、空穴量子电气力学（QED）和NMR。

　　尽管这些设备在这些实验当中已经取得了一定程度的成功，但是每种技术仍然有它自身严重的局限性。离子捕获计算机局限于在陷阱中的模式的震动速度。NMR装置则在系统增长中有一个按指数规律衰减的信号成为qubit的噪声干扰。空穴QED相比前两种虽然好一点，但是它仍然只能用一些qubit示范。Seth Lloyd是麻省目前在量子硬件领域最卓越的研究者。量子计算机硬件结构的未来可能和我们现在所知的结构孑然不同，但是，当前的研究有助于为未来这些装置所可能遇到的困难提供一点认识。