量子计算机如何工作?

量子计算机是优雅的机器,与超级计算机相比,体积更小,所需的能源也更少。比如, IBM Quantum 处理器是一块晶片,比笔记本电脑中的晶片大不了多少。 量子硬件系统大约有汽车那么大,主要由冷却系统组成,旨在使超导处理器保持超低运行温度。

经典处理器使用比特来执行操作。 而量子计算机则使用量子比特(CUE 比特)来运行多维量子算法。

超流体
您的台式计算机可能会使用风扇来冷却到适宜的工作温度。 而我们的量子处理器则需要非常低的温度 - 大约比绝对零度高百分之一度。 为了实现这一目标,我们使用超冷超流体来制造超导体。

超导体
在这些超低温度下,我们处理器中的某些材料表现出另一种重要的量子力学效应:电子可以毫无阻力地穿过这些材料。 这使它们成为"超导体"。当电子通过超导体时,它们会配对,形成"库珀对"。这些对可以通过名为"量子隧穿"的过程,携带电荷穿过势垒或绝缘体。 放置在绝缘体两侧的两个超导体形成约瑟夫森结。

控制
我们的量子计算机使用约瑟夫森结作为超导量子比特。 通过向这些量子比特发射微波光子,我们可以控制它们的行为,并让它们保存、更改和读出单个量子信息单元。

叠加
量子比特本身并不是很有用。 但它可以执行一个重要的技巧:将它保存的量子信息置于叠加状态,这代表了量子比特所有可能配置的组合。 叠加的量子比特组可以创建复杂的多维计算空间。 在这些空间中,可以用新的方式来表示复杂的问题。

纠缠
纠缠是一种量子力学效应,可将两个独立事物的行为关联起来。 当两个量子比特纠缠在一起时,其中一个量子比特的变化就会直接影响到另一个。 量子算法利用这些关系来寻找复杂问题的解决方案。



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2022-11-17
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