量子计算
量子跃进
在实践量子计算的道路上，这也许算不上飞跃，只不过是前进了两达步。
Jun 24th 2010
一些科技似乎要花很长的时间，它们的故事也大同小异：人们对这些突破，先是破众星捧月、赞赏有佳，最后却无不乘性而来，败性而归。然而嗜好修补的科学家却与浮躁盲从的大众不同，他们在这些领域稳步前行，默默紧随昨日之辉煌成就。人类基因组测序工作便是如此，今日之量子计算革命亦然。
普通的计算机以比特（二进制）存储和处理信息，它取值1和0（对应物理中电压高低的状态）。而在量子力学的奇妙世界，亚原子粒子却能同时处于几种状态。这种叠加现象即是说，电子的性质之一—-量子自旋的状态不仅仅限于“上”（上旋状态，表示1）和“下”（下旋状态，表示0），还能介于两者之间。在量子计算领域，这种叠加效应叫做量子位。
另外，一种叫量子纠缠的过程能够产生附加量子。每一个由纠缠效应产生的附加量子能使并行操作加倍。例如，3量子位的设备可以同时运行8个程序（2的3次方），4量子位的系统能运行16个程序（2的4次方），等等—-至少在理论上来说是这样的。而在实践中，目前的成果不甚理想，因为实验量子计算机的的制造需要特殊材料，且工作环境要求接近绝对零度。不过，最近的一项实质性进展也许能救量子计算于水火之中。首先，该成果的量子计算用的材料是硅—-即普通计算机的常用材料，其次，它的计算环境为“适宜”的负269摄氏度—-即比绝对零度高4度（4开尔文温度）。
而攻克该双重难题的“魔术师”，则是来自伦敦大学学院的桑顿•格陵兰和他的同事。根据在本周的《自然》杂志的报道，他们首先将磷原子涂在硅晶片上，然后再借助一种神奇的镭射枪发出短而高强度的脉冲，用于震荡绕磷原子旋转的电子，使之进入所谓的里德伯状态。
在这种状态下，每一个原子的量子微波函数—即它的有效作尺寸—将以原子核为中心延展到十亿分之几米（即纳米）的范围。这在原子世界里这可是算是个庞然大物，因此由于距离太远而不能在常态作用的原子，在该过程中将发生纠缠效应—也就是说，它们将成为协作量子（一个是主导量子，其他的是附加量子）。
一旦它们的微波函数扩展后，原子将再次产生辐射，进而诱使自身释放一束可控的光线，即光子回波。而利用电子回波，我们可以读出量子计算机的演算过程。
奇幻之旅
从理论上说，该项成果可以进行量子计算并读出结果，并最终运用传统芯片的制作材料，实现工业化生产。而4开尔文温度的环境要求更是可喜可贺—-这听上去也够冷的，但通过液态氮（其沸点为4.22开尔文温度）就可以实现。
在实践量子计算的道路上，格陵兰博士的发现助其迈进了一步。而在《自然》发表的另一篇文章中，澳大利亚国立大学的摩根•赫奇和其同事，则从另一个方面为量子计算机的问世做出了贡献—-他们从理论上构建了利用光源的量子存储器。
其实，并不是只有原子和电子才能产生纠缠效应。光的微粒—-光子也能。如果把光子应用到量子计算领域，将有助于量子位的传输。然而，光速却是一个难题—-尽管它的普遍性使光纤能风驰电掣地远距离传输信息，但在如此短的时间里，量子计算难以实现，所以先得给光减速。
2008年，日内瓦大学的Hugues de Riedmatten和其领导的团队解决了上述难题。概括地说，他们在芯片上构建了一个回音箱，该回音箱能把光子“锁”住一微秒（该时间里光子一般能跑300米）。
Hedges博士的回音箱大有玄妙。运用硅酸钇晶体﹑镨离子的回音箱一次就能捕获500个的光子。此外，它还利于保存量子纠缠效应，从而在量子信息被破坏之前，尽可能多地存储有用的量子信息 。
遗憾地是，Hedges博士和格陵兰博士的贡献并不意味着，“超市把量子个人电脑塞满货架”的时代，即将到来。不过，他们的成果将使爱修补的科学家们更加勤于修补—-这才是“新兴科技”质的提高.
译者：chenhuimin