1、利用水相干域实现量子（超）计算的物理层面解读

利用水相干域实现量子（超）计算的物理层面解读

量子计算作为量子信息科学中极具潜力的领域，融合了量子力学与信息理论的精华。量子力学彻底革新了我们对物理现实的认知，同时在技术和社会层面产生了深远影响。而信息理论的发展则开启了信息“革命”，计算机在日常生活中的广泛应用便是这场革命的显著成果。量子力学更是通过晶体管的发明，为信息革命奠定了基础，晶体管的原理基于诸如费米 - 狄拉克统计、“空穴”概念等纯粹的量子概念。

信息革命的成功依赖于两个相互关联的方面：机器计算能力的提升和电子电路的不断小型化，这一趋势由摩尔定律所描述。然而，摩尔定律并非物理定律，它为集成电路的最小尺寸设定了极限，当达到这一极限时，量子效应将不可避免地占据主导地位。但这并非弱点，反而为基于量子力学原理的全新计算理念的发展创造了契机。

量子计算基础概念

• 量子比特（qubit） ：量子计算引入了量子比特的概念，它是零和一逻辑状态的连续叠加，这与传统的布尔逻辑截然不同。量子计算通过量子逻辑对量子比特进行信息处理和逻辑运算，其基础在于信息本身具有量子本质。
• 物理系统实现 ：在物理层面，量子计算需要合适的系统来实现量子比特的存储和处理。最适合表示量子信息的是两能级系统，例如自旋 1/2 粒子、原子的两个能级、光子的垂直和水平偏振等，这些系统的两个逻辑状态可分别与系统的两个明确定义的能量状态相关联。
• 量子计算机 ：量子计算机是一个物理和计算层面都得到适当实现的系统，由多个满足特定条件（迪文森佐标准）的量子比特组成，其时间演化可被控制以实现执行量子算法所需的量