量子计算正迅速崛起为一项颠覆性技术，有望在多个领域引发革命性变革。与传统计算机使用比特存储信息不同，量子计算机利用量子比特（qubit）。量子比特可以处于0和1的叠加态，这种特性使得量子计算机能够执行远超传统计算机能力的复杂计算，带来指数级的计算能力提升。 量子计算的基本原理 要理解量子计算的强大，首先要理解“叠加态”的概念。想象一枚正在旋转的硬币，它既不是正面朝上，也不是反面朝上，而是同时处于两种状态。这就是量子比特的叠加态——在测量之前，它可以同时处于0和1的叠加态。用数学公式表示为 |ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩，其中α和β是复数，表示测量量子比特处于|0⟩或|1⟩状态的概率幅。而经典比特，就像已经落地的硬币，只能是正面或反面，非0即1。 除了叠加态，量子纠缠是另一个关键概念。当多个量子比特纠缠在一起时，它们的状态会相互关联，即使它们在物理上相隔很远。改变一个量子比特的状态，会瞬间影响其他纠缠的量子比特。这种远距离的瞬间影响，是量子计算实现并行计算和加速的关键。 量子计算的发展与挑战 量子计算的概念并非凭空而来。早在20世纪80年代，物理学家理查德·费曼就提出利用量子系统来模拟其他量子系统。1985年，大卫·多伊奇提出了“通用量子图灵机”的理论模型。1994年，彼得·秀尔开发的秀尔算法，展示了量子计算在分解大数方面的指数级加速潜力，这一算法对现代密码学构成了潜在威胁。 实现量子计算，关键在于制造和操控大量高质量的量子比特。不同的物理系统都可以用来实现量子比特，例如光子的偏振、原子的核自旋能级等。为了使量子比特能够用于通用量子计算，它必须满足DiVincenzo标准，包括：高门保真度、长相干时间、高测量精度和可扩展性。目前，没有任何一个单一的量子比特系统能在所有这些方面都做到完美，每种技术都有其自身的优势和劣势。 主要的量子比特平台 当前，全球的科研机构和科技公司都在积极探索不同的量子比特平台，主要包括： 超导量子比特： 这是目前最受关注的平台之一，基于包含约瑟夫森结的超导电路。超导量子比特在可扩展性和控制方面具有优势。例如，谷歌在2019年使用53个量子比特的“Sycamore”处理器展示了量子计算在特定问题上的超越。在中国，科研团队和企业也在积极研发超导量子计算机。例如，本源量子推出了“本源悟空”，这是中国第三代自主超导量子计算机，配备了72位自主超导量子芯片“悟空芯”。中国科学技术大学的研究团队则研制出了“祖冲之三号”，这是一款105比特的超导量子计算机原型。 离子阱量子比特： 这种平台利用电场将单个离子捕获在真空中，并利用离子的内部能级作为量子比特。离子阱的优势在于其长相干时间、高状态读取和初始化保真度。IonQ是首家上市的量子计算机制造商，采用的就是离子阱技术。Quantinuum也取得了显著进展。 光子量子比特： 光子可以用来实现量子比特，其偏振或其他特性可以用来编码信息。光子量子比特的优势包括长相干时间和室温操作。中国科学技术大学的潘建伟团队开发了“九章”系列光子量子计算机，通过高斯玻色采样实现了量子计算优势。…
