5、基于水相干域的量子（超）计算探索

基于水相干域的量子（超）计算探索

1. 引言

液体水相干域（CDs）之间会因交换属于其内部产生的电磁场瞬逝模式的虚光子，而产生瞬逝隧穿耦合相互作用。这种虚光子的交换得益于相干域中由准自由电子“涡旋”构成的激发能级。要使这种耦合相互作用有效，水需要具备高度的相干性，且耦合相干域的瞬逝电磁场之间要有足够的重叠，即两个相干域的间距要能让瞬逝场适当地重叠。

通过将水分子封装在由“超材料”（MTMs）构成壁的合适波导中，可以解决上述两个问题。超材料的折射率为纯虚数，这样得到的波导能通过虚光子的隧穿长时间相互作用。由于相干水对热涨落具有稳定性，其相互作用的距离比“裸”水相干域远得多。

这种设计的波导最显著的特点是，有可能利用它们之间的相互作用，实现一个能在水相干域中执行任何类型量子（超）计算的物理系统。该模型还有望克服目前阻碍实用、大规模量子计算机实现的一些主要问题，通过构建由超材料波导封装的超快相互作用水相干域“网络”，有可能接近理论计算速度的极限。这不仅是量子计算的一种新方式，更是该领域的新范式，是迈向基于液态水相干动力学的实际量子超计算机的第一步。

2. 水相干域隧穿 - 耦合相互作用的放大与稳定

要使水相干域之间发生隧穿 - 耦合相互作用，需满足一定条件：
- 确保达到向相干态转变的条件（临界密度和温度）。向量子电动力学相干态（“相干基态”或 CGS）转变是自发过程，因为该态在非激发配置下是真正的基态，即能量最低、稳定性最高的状态。只需保证水的密度达到临界值，并保持足够低的温度以启动超辐射相变。
- 达到相干态后，还需解决两个问题：
- A. 对相干域产生的瞬逝电磁场进行适当放大；
- B. 使液态水