量子计算机的硬件是什么样的？.doc
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2025-10-29
量子
计算机
经典
模拟
计算
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系统
粒子
模拟机
操作
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讲道理，你没有量子力学背景，这问题很难说的清。但是可以大致的说一下量子计算的现状。
首先，现在不存在类似于经典计算机的量子通用计算机。现有的有实际意义的硬件就两种：量子退火机和量子模拟机。
量子退火机的技术细节比较复杂，而且除了D-wave的人和少数的合作者，其它对这一块都不熟悉。因为是商业公司，所以他们跟学界的交流不太多，基本上处于半技术垄断状态。量子退火机是目前唯一拥有商业价值的量子计算机。它只能解决QUBO问题，但是有相当多的经典问题可以归约成QUBO问题，所以还是有实际意义的。而且现在有几千比特，已经能满足很多现实问题的需求了（D-Wave公布的比特数没意义，里面有很多比特是没有用的，具体可用比特数的比例不清楚）。目前计算的瓶颈主要在于如何用经典计算机快速转化成QUBO，而非D-Wave的计算速度。
而我们平常说的量子计算机主要是指量子模拟机。所谓的模拟，就是用经典方法控制一个量子系统，从而模拟量子过程，即量子—量子模拟。虽然模拟机可以完成所有量子计算过程，但这与量子通用计算机是不一样的。主要有两个问题，一是模拟机需要庞大的经典控制系统，而且缺乏量子-经典的反馈过程；二是结构过于简单，算不上计算机。怎么说呢，就是有种在MineCraft里面造的全加器那种感觉。短时间内看不到什么通用量子计算的希望，但是模拟机造大一点的话做一些量子模拟对化学,生物帮助还是很大的，可以模拟一些经典计算机无法模拟的大分子，比如蛋白质。Google的量子霸权主要针对的就是这个问题，49个量子比特可以模拟的量子系统就跟太湖之光能模拟的一样大了，所以Google把50个量子比特叫做量子霸权（超过现存的所有经典计算机）。
量子模拟机的硬件部分就非常随意，现有的实现真是数不完，总有人能想出些奇怪的实现方案。主流的有光量子，NMR，Optical Cavity，离子陷，超导等。具体细节你没学过量子力学可能无法理解，但还是稍微提一下。首先量子计算需要粒子有且只有两个态，比如光量子使用光子的两种自旋，其它的使用的是系统的基态与激发态，但是要控制能隙，保证没有高阶激发态出现。量子计算的本质是在Hilbert Space旋转，对于单个粒子就是在Bloch Sphere上旋转，所以控制需要两个方向的旋转操作，再加一个双粒子相互作用，总共三种操作。
对于光量子，单比特操作一个方向利用光路长度调控
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