科学探索|奇特“新脑”：意识从物质中产生的几种形式( 六 ) 奇特“新脑”：意识从物质中

物理学家和工程师正在探索几种不同的方法来制造实用的量子比特。这对物理学家和工程师来说是一个巨大的挑战，基本性的新思想已经出现。我认为，为了发挥出量子计算的潜力，还需要更多的新思想。在此，我将简要提及已经在进行的或正在追寻的三个主要方向。
一个是原子，用激光方法来实现；另一个是电路，以电子学方式来实现；还一个是任意子，用编织来进行计算。正如数字计算机从齿轮到真空管再到越来越小的晶体管，从磁带式驱动器到拇指般大小的驱动器一样，这项技术肯定也会不断发展。我们现在正处在一个非常早期的状态，可以说甚至还没到量子计算的“真空管”阶段，而是“分析机”时代。所以，我要说的是，还有其他的替代方法，虽然目前还不太发达，但也有可能会非常强大，如利用光而非原子，或利用固体缺陷。
这里为大家介绍一个粗略的，一个非常粗略的简单想法，一项正在研究的方法：里德伯原子方法。在这种方法中，你的量子比特或原子，被困在场中，场使得原子位置不动。你从而获得一个原子阵列，你知道它们的位置，所以可以定位它们。然后你用激光来进行激发。通常情况下，如果你什么都不做，它们的相互作用非常非常弱，它们是孤立的量子比特。如果你想让它们相互作用，你所做的就是用激光激发它们，然后原子会变得非常大，被称作“里德伯原子” 。如果你把其中的两个变大，它们可以互相接触，互相影响。如果你做得恰到好处，你就可以执行布尔和图灵所述的那些操作。然后，通过发射辐射让它们冷却下来，恢复原样，然后继续重复这一操作。这是一种方法。

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它有一定的局限性，因为你需要让原子保持距离。你需要用激光来定位。你还需要非常小心地让它们实现相互作用。这就是为什么我说我们处于发展的极早期。但是如果运气好的话，事情会越来越好的。会有一个新的摩尔定律，量子摩尔定律将开始呈指数增长。

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Lukin和他的51量子比特的量子模拟机
这是我的朋友Misha Lukin，他制造了一台51量子比特的计算机。它不是通用计算机，所以我们称它为模拟器，基本上由里德伯原子排列构成。我选择这张照片是为了呈现现实的前沿实验所涉及的规模，还因为米沙是我的朋友，这是一张不错的照片。我是在网上找到的。
电路更为复杂，很难描述。即便是最简单的可能的逻辑门，电路也十分复杂！但是物理学家和工程师在设计复杂电路方面已变得非常、非常熟练，经验丰富。所以这是另一种被探索的方法，用来制造量子计算机。

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这些量子比特能够代替比特的原因是电路非常小，并且以巧妙的方式涉及超导性，允许你有效地实现单独的量子比特0和1 。这就是这个设计的物理实现。这是谷歌量子计算机，目前，已有53个量子比特[注：演讲时间为2019年11月] 。这里温度很低。你看到的大部分是制冷器，实际的计算机就埋在这里的某个地方，非常小。利用这种设备，谷歌最近宣布其已实现了量子霸权。也就是说，这种设备在相当短的时间内，几分钟内就能完成一些事情，而经典计算机，甚至是当今最强大的经典计算机，体积有一个房间大，都需要花费非常非常长的时间来完成。关于到底要多长时间还有争议，但明显要久得多。他们制作了一个量子系统，难以对其进行经典模拟。