25、量子计算：原理、实现与未来展望

量子计算：原理、实现与未来展望

1. 离子阱模型的量子计算

离子阱模型是实现量子计算机的一种方式。在离子阱模型中，最初的双量子比特门选择是受控非门，它由Cirac和Zoller在1995年提出，不过如今已有更可靠的方案。

测量是该模型的最后一步，其机制与设置量子比特的机制基本相同。离子除了有两个主要的长寿命状态|0⟩和|1⟩（基态和激发态）外，当受到脉冲轻轻撞击时，还能进入一个短寿命状态|s⟩。如果离子处于基态并被推到|s⟩，它会回到基态并发射一个光子；若处于激发态则不会。通过多次重复这种转换，就能检测到发射的光子（如果有的话），从而确定量子比特的状态。

离子阱模型有其优势和劣势，具体如下：
|优势|劣势|
| ---- | ---- |
|1. 具有较长的相干时间，约为1 - 10秒。
2. 测量相当可靠，接近100%。
3. 可以在计算机中传输量子比特。|1. 门时间较慢，需要数十毫秒。
2. 不清楚如何将光学部分扩展到数千个量子比特。|

2. 线性光学实现量子计算

线性光学是实现量子计算机的另一种方式，它是用纯粹的光来构建量子机器。

在构建量子计算机时，首先要明确如何实现量子比特。由于光量子（即光子）具有偏振现象，所以可以用它来实现量子比特。比如，特定的偏振轴，如垂直偏振可以表示|0⟩，水平偏振表示|1⟩。

初始化量子比特很简单，使用合适的偏振滤光片即可。但实现门操作，尤其是纠缠门，相对困难，因为光子倾向于相互独立。因此，实现一些小型的通用量子门集合是比较经济的做法。

以受控非门为例，如果采用简单的方法，需要双光