量子计算机买家指南：硬件

新科学家20:00 20 October 2014 by Michael Brooks

自旋或超导？这是量子计算世界的"苹果或安卓系统?"。超导量子比特已经很久了，但自旋是超冷的新事物------而且有几个野卡选项来启动。这里是你需要知道的。

超导量子比特：

这是现在所有的量子计算机技术的大爷。早在1962年，剑桥大学物理学家布赖恩·约瑟夫森表明在超导体条中置入很小的间隙------有惊人的效果，超导体是在低温下对电力流动具有零电阻的物质。例如，纳入"约瑟夫森结"的超导线圈同时让电流顺时针和逆时针流动。这是一种超位的状态

------你只需要一个量子比特。

更重要的是，这些系统是在技术产业的主体材料硅上制造的。斯蒂芬说，"这允许您使用标准的石版印刷工具，你不受制于自然系统，一旦你可以可靠地在一块芯片上做出一小撮的量子比特，你应该能够在同一芯片上放更多的"。这使得超导成为一个为其量子计算需要寻找尝试和测试解决方案的买家的不错选择。

如果你被卖在这种方式，你还有要做出一个选择：是transmon(旨在减少了电荷噪声敏感性而设计的一种超导电荷量子比特)型或

Xmon型的？Transmons是环形的，并且目前最多五个的它们可以链接在一起。标准的transmon型可以维持其相干约50毫秒------足够长以用在量子电路中。更重要的是，相干乘那个长度的两倍，和transmon

阵列的10到20个循环正好绕着拐角，按照瑞典哥德堡的查尔摩斯大学的约兰·文丁的说法。

由加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)团队创建的Xmons型是由放在铝上的蓝宝石制成的十字型超导量子比特。UCSB团队可以连接这些的五个来创建一个纠正自己的错误的阵列，而且刚好工作在九量子比特阵列。UCSB的约翰·马丁尼斯已着手与谷歌的合作，认为他们现在可以全力前进："我对团队的挑战是每年量子比特数目倍增"。这是一个大问题：机器将运行的体系结构和算法种类还需要工作的。

自旋量子比特：

如果你比早期采用更急，你可能会查阅澳大利亚悉尼的新南威尔士(UNSW)大学的安德列·莫勒罗(Andrea

Morello)的团队到了什么程度的。他们的坐在硅芯片内部的单个磷原子作为超导环听起来可能不令人印象深刻的，但肯定有它的优势。

莫勒罗的团队能够在一个超位中放原子的自旋，操纵这个模糊了的量子态并然后应用微波脉冲读出它。莫勒罗说，团队已经保持相干"几十秒"------充足的时间来运行各式各样梦想的量子应用。也有更长的时间的余地。加拿大伯纳比西蒙·福雷瑟(Simon

Fraser)大学的研究人员已经设法得到硅平台中的磷在室温保持近40分钟。他们也在室温和4.2开尔文之间循环这种材料时保存了超位。

现在，新南威尔士大学团队正在从一个单个的原子挤压出两个量子比特，使用磷原子核作为第一个和它的电子之一作为第二个。今年6月，他们宣布他们现在能结合两个原子在一起并读出所有四个自旋，尽管他们至今未对其进行操作。一旦他们可以，他们的目标是有几个会让他们开始进行量子计算的量子比特。但这会花三至四年，而且等待应用将会更长。

(Image: UCSB)

一些研究者正在寻找一个更高端的解决方案------这就是那些钻石。当某些钻石形成时，氮原子可以溜进一个碳原子的地方，使这种宝石轻微的粉红色着色，并同时在晶体点阵附近的地方留下一个空的空间。这种氮加"缺位"(NV)的组合可以用于创建量子比特；这一缺位具有不同的量子能量水平，使用激光脉冲可以被置入超位的。进而的脉冲可以操作状态并读出该运算的结果。

今年5月，来自荷兰代尔夫特理工大学的研究人员设法在相距3米的两颗钻石之间隔空传递量子信息。这是云量子计算和一个量子因特网的一小步。

在我们超越自己之前，这里有一个问题。你不能制造这些能接受命令的但几乎无反应 (blingtastic)的缺位量子比特。对一个有用的量子计算机，因为必须把它们好几百个放在一起，这会有一个嘈杂的输出。但这不是一个处理中断器。去年，由牛津大学的西蒙·本杰敏(Simon

Benjamin)所率领的团队证明你可以在一个"单元"中只放几个NV量子比特，然后用作为输入和输出位的光子把这些单元链接起来。即使在室温下，单元可以保持约一秒的相干，连接单元的嘈杂的光子网络能够容忍10%的错误率没有崩溃。

也可用：

如果你真的要出血边缘的技术，有几个需要考虑的其它选项。离子阱量子计算实际上是市场的领导者，当它纠缠的时候。这项技术已链接高达14量子比特的离子------通常镱制成的在一起，把持在精心成型的电磁场中并用激光或微波脉冲操纵。但这离能用的计算机依然有很长的路，研究人员发现它难以扩大规模。

你也必须勇敢的把你所有的钱用在光子的量子计算上。光子看起来像它们会做出好的量子比特：它们很容易超位的并保持好长时间的相干性。但是，虽然它可能以光的速度移动与粒子工作，它并不容易。

拓扑量子计算，其中量子比特以亚原子粒子彼此移动经过的方式编码，也有其优点------它对一件事是特别的抗环境干扰。微软开始大力投资于它，但它不会很快任何时间在商店里。也许一个要考虑的当你的第一个量子计算机开始看起来时有点小老式的。

判决： 超导量子比特可能会吸引那些喜欢安全玩它的，但自旋在下一个十年期间可以追上它。其它的一切都只是虎胆龙威的实验。

Michael Brooks是新科学家的顾问。他的新书是在不确定性的边缘：

11个发现使得科学感到惊奇(At

the Edge of Uncertainty: 11 discoveries taking science by

surprise)

Topological quantum computing, where qubits are encoded in the way

subatomic particles move past one another, has its pluses too –

it's particularly resistant to environmental disturbances for one

thing. Microsoft is beginning to invest heavily in it, but it won't

be in the shops any time soon. Maybe one to consider when your

first quantum computer starts to look a little vintage.

Quantum computer buyers' guide: Hardware agrees to indemnify RBI and New Scientist

against any claim arising from incorrect or misleading

translation