量子计算和量子通讯 对话哈佛大学教授Lukin：量子计算到底意味着什么 名人瑞裳

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量子计算机从科学理论转向大众普及，也许并不需要30年那么长时间。这是一个令人兴奋的领域，我们已经进入了具有巨大科学发现潜力的新时代，很快我们就会开始发现量子计算机能在更广泛的范围内发挥作用，包括物质科学、化学领域、物理系统、人工智能和机器学习等等。——米哈伊尔·卢金

在科学技术领域，我们多年来一直对研发量子计算机充满了热情，但它还尚未走进我们的日常生活。 量子系统可以无缝地加密数据，以及帮助我们对已经收集到的大量数据进行理解分析，甚至能够解决即使是最强大的超级计算机也无法解决的复杂问题，如医疗诊断和天气预报。

尚未成熟的量子技术在去年的11月份变得更加接近我们想要的熟练度了。在当时，最著名的科学期刊之一《自然》发表了两篇文章，并且文章中都展示了一些最先进的量子系统技术的最新研发成果。

如果你还不明白量子计算机是什么，它做了什么，或者它可以为你做什么，你并不需要担心。 Futurism新闻社最近与哈佛大学的物理学教授米哈伊尔·卢金（Mikhail Lukin）谈到了量子计算的当前发展状况，其中包括我们可能在某一天可以在手机或者办公桌上使用量子技术，以及在以上说的这些发生之前我们需要做些什么。

为了更加清晰和简洁，这次采访内容在后期进行了修改：

问：首先，你可以简单介绍一下关于量子计算的工作原理吗？

米哈伊尔·卢金：我们从传统的电脑工作方式开始说起。在传统的计算机中，你用一些输入的形式来制定你想要解决的任何问题，基本上是一个关于0和1进行无数种组合的数据信息流。当你想做一些计算时，你基本上会根据这个流如何实际移动来对电脑本身创建一些特定的规则。正常机器中写入的计算过程有加法，一旦能做加法，就可以做乘法，而一旦可以做乘法，基本上电脑处理信息就无所不能了。

但是我们的微观世界形成已经有100多年的历史了，它的基本原理是基于量子力学的。而在量子力学中，常常有一个对应的系统来进行管理和应用。量子计算和量子通讯例如，在两种不同的状态下，你的电脑或者你的椅子可以相对应的同时放置——这就是量子叠加的思想。换句话说，你的电脑可以同时在波士顿和纽约同时被使用。量子叠加的概念即使听起来很怪异，它在量子力学定律中也是被认可的。如果按照大范围考虑，例如我给的例子，这显然听起来很奇怪。但在微观世界中，就像单个原子一样，创造这种叠加态实际上是相当普遍的。所以科学家们通过这些科学实验可以证明，一个原子能够同时处于两种不同的状态。

量子计算机的想法基本上是利用这些量子力学规则来处理信息，所以我们很容易理解为何它可以如此强大。在传统的电脑中，你给我对应数量的输入信息，我就能把它们放在我的电脑里，然后让电脑给你输出数据。但是，如果我们的硬件应用了量子力学，那么不仅仅是顺序地提供一些输入和读出答案那么简单，利用态叠加原理，我们可以准备一个电脑寄存器处理许多不同类型的输入信息。

这意味着，如果我采用这种叠加态并使用量子力学定律对其进行处理，那么我可以一次处理多个输入。与传统的程序相比，这可能是一个指数级的加速。

问：量子计算机的外形是什么样的？

米哈伊尔·卢金：如果你走进一个带有量子机器的房间，你会看到一个真空室或导管，以及一束照射到它的激光，而且在本体里面有一个很低密度的特定的原子。我们使用激光来减缓非常接近能量绝对值为零的原子运动，这就是所谓的激光冷却。

问：那你怎么编程呢？

米哈伊尔·卢金：为了制作量子计算机，我们将一百束紧密聚焦的激光束照射到这个真空室中。这些激光束中的每一束都起着光镊的作用，每束都可以控制住一个原子，但也可能一个都抓不住。当我们有这些原子陷阱之后，我们通过在这些陷阱中拍摄的原子图，并找出哪些陷阱载满了原子，哪些是空的。然后，我们按照我们所希望的任何模式重新排列包含单个原子的陷阱。单个原子的个体保持容易控制的这种理想排列基本上是任意出现的。