量子计算机是什么？用量子比特构建的计算机

量子计算机（Quantum Computer）是一种根据量子力学的规律进行运算和存储信息的计算设备。与使用晶体管、以 0 和 1 表示信息的传统计算机不同，它的基本单元是量子比特，可以处于 0 和 1 的叠加态，多个量子比特之间还可以形成纠缠。

量子计算机由什么构成

一台量子计算机通常包括：量子处理器，由许多个量子比特组成，是进行计算的核心；控制系统，用微波、激光或电压脉冲等方式精确地操控量子比特，实现各种“量子门”操作，这相当于传统计算机中的逻辑门；测量系统，在计算结束时读出量子比特的状态；以及一台传统计算机，负责编排量子程序、控制整个过程并处理测量的结果。量子比特极其脆弱，环境中微小的热量、电磁干扰、振动都可能破坏它的量子状态，所以量子处理器通常需要放在极端的环境中，比如接近绝对零度的稀释制冷机里，或者高真空的装置中。

主要的技术路线

超导量子计算：用超导材料制成的电路作为量子比特，需要冷却到约零下 273 摄氏度，接近绝对零度。谷歌、IBM 以及中国科学技术大学的“祖冲之号”采用这条路线，它的操作速度快，便于利用现有的芯片制造工艺。离子阱：用电磁场把带电的原子悬浮在真空中作为量子比特，用激光来操控。它的量子比特质量高、相干时间长，但操作速度较慢，代表企业有 IonQ、Quantinuum。光量子计算：用光子作为量子比特，可以在室温下工作，中国科学技术大学的“九章”采用这条路线。中性原子：用光镊捕获和排列中性原子，近年来发展很快，便于扩展到较多的量子比特。此外还有硅基半导体自旋量子比特、拓扑量子比特等方向。

它并不会取代传统计算机

量子计算机并不是一台“更快的普通电脑”。它只在某些特定类型的问题上有望大幅超越传统计算机，比如大整数分解、模拟分子和材料的量子行为、某些优化和采样问题。对于日常的大多数任务，比如处理文档、浏览网页、玩游戏，传统计算机仍然是更合适的选择。未来更可能的情形是量子计算机作为一种专用的协处理器，与传统的超级计算机配合使用，处理其中适合量子计算的部分。

发展现状

目前的量子计算机仍处于“含噪声的中等规模量子”阶段：量子比特的数量从几十到上千个，但错误率较高，能够连续执行的操作步数有限，还不能运行需要大量操作的实用量子算法。2019 年，谷歌的“悬铃木”处理器在一项特定的随机线路采样任务上展示了“量子优越性”；此后，中国的“九章”“祖冲之号”也在特定任务上展示了量子计算优势。业界当前的核心目标是实现量子纠错和容错量子计算，用多个物理量子比特编码一个可靠的逻辑量子比特。各大机构都公布了未来若干年的发展路线图，但距离能够解决有实际价值问题的大规模容错量子计算机，普遍认为还需要较长的时间。很多云服务商已经提供了量子计算机的云端访问服务，供研究者和开发者进行实验。