量子计算物理实现体系

陈瑞亭

摘要：文章主要介绍了量子计算机的物理实现体系的研究历史和现状。重点介绍了几个具有可集成性的量子计算系统：离子阱体系、半导体量子点体系、腔量子电动力学体系和超导量子体系，这些量子计算机的物理实现体系吸引着国内外研究量子计算的最主要研究力量，是未来量子计算机发展的主要方向。

关键词：量子计算；离子阱；量子点；腔量子电动力学；超导量子

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）36-0139-02

Abstract：This article reviews the development of studies on physical implementations of quantum computation.Some qubit systems such as ion trap， quantum dots， cavity QED，superconductiong Josephson junctions which are generally considered as main candidates of physical realizations for quantum computers are mainly introduced. Studies on those physical implementation systems which will be the future research direction are attracting primary experimental groups in the field of quantum computation

Key words： quantum computation； ion trap； quantum dots； cavity QED； superconductiong Josephson junctions

1 概述

随着人类社会进步，信息呈指数增长，人类对信息处理速度的要求越来越高，但由于“热耗效应”和“尺寸效应”，传统电子计算机的发展逐渐接近瓶颈[1]，也启发人们开始探索如何用量子力学原理构造计算机。

量子计算机是一类依照量子力学规律，能够进行量子信息存储和计算的物理装置。与目前普遍应用的电子计算机的根本区别在于，量子计算机信息处理单元不是比特（bit），而是量子比特（qubit），比特包含0和1两种状态，而量子比特是0和1两种状态的叠加，称为量子叠加态。量子比特叠加态可看做是一个二维复向量，因此能够代表更多信息。量子叠加性、相干性、纠缠性、并行性作为量子计算机的重要特征，是量子计算机的基础，也决定了量子计算机的复杂性。

1982年，美国物理学家Feynman提出将量子力学理论和计算机技术结合起来的设想。1985年，英国牛津大学的Deutsch等人进一步阐述了量子计算机的概念，并提出实现普适量子计算机的重点是研究如何由量子逻辑门构成逻辑网络。……