印度量子計算機第一次突破！硬核解讀：全球量子計算哪家強？

印度量子計算機也突破了！根據《今日印度》報道，位於孟買的塔塔基礎研究院 （TIFR），即將推出印度的第一臺24量子比特計算機，這將成爲印度量子計算機開發的一個新里程碑，走出了印度進軍量子技術領域的第一步。

這臺量子計算機是印度國家量子任務的一部分，由量子測量與控制 (QuMaC) 實驗室負責人維賈亞拉加萬博士領導的5個研究所8名科學家進行開發，旨在3年內建成24量子比特計算機，5年內建成100量子比特計算機。

但維賈亞拉加萬博士也坦承，該量子計算機更像是一個演示模型，它可以解決的任何方程式，都可以被一臺筆記本電腦“完美模仿”，然而要建立100量子比特的計算機，就必須從某個地方開始，必須走出關鍵的第一步。

從公佈的幾張照片來看，印度這臺量子計算機應該是超導量子計算機，這也是各國發展量子計算機的首選，大部分資源和資金都投入了這種研究。

目前正在開發的量子計算機主要有5種，被認爲最具潛力最有、可能成功的，是超導量子計算機和離子阱量子計算機。

（1）超導量子計算機，利用超導體在極低溫環境下的無電阻特性來實現量子比特，是目前最爲成熟的量子計算技術之一，已經在特定任務中展示了量子霸權。超導量子計算機可擴展性好，退相干時間較長，領先公司是IBM和谷歌。

（2）離子阱量子計算機，通過電磁場將帶電原子（離子）困在空間中並使用激光來操控其量子態。其特點是量子比特質量高，可操控性強，領先公司是IonQ和霍尼韋爾。

（3）光量子計算機，利用光子作爲量子比特，具有在室溫下運行和良好的相干性優勢，在量子通信和量子網絡中具有潛在的應用前景，領先者是中國科學技術大學，另外還有加拿大的Xanadu和美國的PsiQuantum。

（4）拓撲量子計算機，利用馬約拉納任意子來構建量子比特。理論上這種量子比特對外界干擾更具魯棒性，可以降低量子糾錯的需求，可能更適合大規模量子計算，主要是微軟在研究。

（5）硅量子點量子計算機，利用硅材料的量子特性構建量子比特，具有與現有半導體工業兼容的優勢。由於可以利用現有的硅基技術，這種技術路徑具有良好的擴展潛力。英特爾、澳大利亞新南威爾士大學等公司和機構在研究。

這五種技術各有優勢和弱點，總的來說超導量子計算機和離子阱量子計算機可能最有希望。尤其是超導量子計算機，在量子比特數目和量子糾錯方面都取得了較大進展，被認爲是最有希望實現短期突破的技術路徑。

而離子阱量子計算機則因其高精度和長相干時間，可能在需要高度精確的量子計算任務中發揮重要作用。

但超導量子計算機需要在接近絕對零度的溫度下運行，對硬件設施的要求非常高，增加了系統的複雜性和運行成本。同時還容易受到噪聲和外界干擾的影響，需要複雜的糾錯算法來維持量子態的穩定性。

而離子阱量子計算機，雖然操作精度高，但隨着離子數量的增加，控制和操縱變得更加困難。另外，離子間的相互作用將可能導致系統不穩定。因此將系統擴展到數百、數千個量子比特的規模，仍需克服技術障礙。

光子量子計算機的主要挑戰，在於光子間的相互作用較弱，在實現多量子比特門操作時變得困難，擴展光子量子比特的數量也是一個挑戰。另外光子難以長時間存儲，難以實現複雜的量子邏輯門，高效的單光子源和探測器的製備也是一個技術挑戰。

拓撲量子計算機儘管理論優勢顯著，但仍在早期實驗驗證階段，目前還沒有明確證據表明可以在實驗中可靠地創建和操控馬約拉納費米子，也沒有創建出實用的拓撲量子比特，實際實現仍需重大突破。

硅量子點計算機量子比特的一致性和穩定性是主要問題，環境噪聲和材料缺陷可能導致退相干，影響計算的準確性。另外它的操作需要在極低溫度下運行，也就是液氦或液氮，比超導量子比特稍好一點，超導量子比特需要在更接近絕對零度的10-20毫開爾文下運行。

隨着印度建成第一臺超導量子計算機，目前世界上可能已經有十多個國家和地區開發出了超導量子計算機，臺灣中央研究院今年年初也開發出了5量子比特計算機。但這種量子計算機需要特殊的稀釋製冷機，冷卻到幾乎達到絕對零度才能運行，所以即使最有潛力，要大規模應用也是巨大的挑戰，量子計算機，可能還任重而道遠。