原标题：1000字看懂IBM量子计算机原理

IBM建造了一台真正的量子计算机，开启了量子计算的新纪元。为了得瑟一下，近日他们启动了量子计算云服务，让外部程序员和研究者可以通过算法来测试他们的量子芯片，并表示任何对量子计算感兴趣的人都可以申请试用，地址是：https://quantumexperience.ng.bluemix.net/。

IBM这台量子计算机运行超导处理器，由液氦冷却，在与谷歌的竞争中暂时领先一筹，谷歌迄今为止尚未发布量子芯片。该量子芯片拥有5个量子比特，据说40个量子比特的计算机，即相当于现在一台超级计算机的性能，那么它的原理究竟是什么呢？笔者逐字研读了该报导，发现它对量子计算的原理花费了不少笔墨，却晦涩难懂，根本无法从中体会这一划时代产品带来的震撼和伟大意义。而且对我们最为关心的问题，即如何在硬件上实现量子计算却语焉不详。

我们都知道量子纠缠是个非常神奇且神秘的状态，普通计算机只能识别两个状态0和1，在同一时间，要么是0，要么是1，而量子计算机则可以既是0，也是1，还可以是两者的任意叠加态，也就是说它可以处于一种不确定的状态，这就是量子的基本属性。很烧脑不是？那就熄熄火好了，我们不需要关心薛定谔那只既死了又活着的猫，我们只需理解一点，普通电脑用晶体管做存储器，而量子计算机是用原子做存储器。那么量子计算机如何才能实现这种矛盾的状态呢？

笔者查阅大量资料后，发现澳大利亚科学家基于硅-28的一种方案比较有代表性，他们的方案是将量子比特存储在另一种元素的原子中，如磷，并将这些原子嵌入在一层薄薄的超纯净硅-28层位之上。计算的时候用激光束照射这些原子，使它们的自旋状态发生改变，分析激光进入和离开时的反射，便可以测得不同原子的大量状态信息。最关键的是，这些原子并不是真正地指向“上”或“下”，而是遵循量子力学的原理同时处于“上”和“下”的混合状态，即薛定谔的猫既死且活的状态，所以一次照射相当于完成了大量计算。也许可以用一维直线只有两个方向来理解一个晶体管存储的信息，而用三维立体六个甚至更多方向来理解一个量子存储的信息，附图可能有助于大家理解这个过程。

而IBM的量子计算机同样构建于硅晶片基础之上，不过其核心部件之一是铌、铝构成的超导金属，在极端低温下(只比绝对零度高0.0015度！)，才能呈现出量子特性。不知道是不是和澳大利亚科学家们采用的同样方案，不过不管用什么方案，人类都得在量子层面对大量原子进行操纵，并测量它们的量子态，编程计算，这是一个极端复杂的过程，涉及很多方面的知识，不再赘述。量子计算机的成功，必将对人类社会的未来产生革命性的影响。

量子计算机尚未揭开神秘面纱，未来真正量产，也许所用原理和材料都和现在有天壤之别，错误之处，还请读者朋友们批评指正。

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