量子比特多少—量子有多大

一、量子比特的介绍

量子比特还没有一个明确的定义，不同的研究者采用不同的表达方式。
参照Shannon信息论中比特描述信号可能状态的特征，量子信息中引入了“量子比特”的概念。

二、量子比特的物理特性

量子计算机的物理结构是纠缠态原子自身的有序排列，量子比特在系统中表示状态记忆和纠缠态。
量子计算是通过对具有量子算法的量子比特系统进行初始化而实现的，这里的初始化指的是把系统制备成纠缠态的一些先进的物理过程。
在两态的量子力学系统中量子比特用量子态来描述，这个系统在形式上与复数范围内的二维矢量空间相同。
两态量子力学系统的例子是单光子的偏振，这里的两个状态分别是垂直偏振光和水平偏振光。

三、量子有多大

量子计算机中的 量子比特不仅仅可以是0 (写作) 和 1 ()， 还可以是叠加的， 这种叠加究竟是怎么回事请参看量子力学. 从而量子计算机可以实现几乎是无限相对论和量子力学之间有矛盾存在。

四、量子计算机到量子比特，各国为什么致力于这一领域？

在微观尺度上，一个量子比特可以同时处于多个状态，而不像传统计算机中的比特只能处于0和1中的一种状态。
这样的一些特性，让量子计算机的计算能力能远超传统计算机。
美国谷歌公司等机构在2022年宣布，它们的“D波”(D-Wave)量子模拟机对某些问题的求解速度已达到传统计算机的1亿倍。
虽然它并不被认为是真正的量子计算机，但量子计算的巨大潜力已经显露。
量子计算需要克服环境噪声、比特错误和实现可容错的普适量子纠错等一系列难题，真正量子计算机研发挑战巨大。
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为加速进入量子计算机阵营，各国政府纷纷加大投入。
欧盟在2022年宣布投入10亿欧元支持量子计算研究，美国仅政府的投资即达每年3.5亿美元。
中国也在大力投入，目前正在筹建量子信息国家实验室，一期总投资约70亿元。
如果“量子霸权”实现，人类计算能力将迎来飞跃，接下来就会是在多个领域的推广。
一些行业巨头已经盯上了量子计算未来应用：阿里巴巴建立了量子计算实验室；
中科院与阿里云合作发布量子计算云平台；
IBM也在去年宣布计划建立业界首个商用通用量子计算平台IBM Q，还与摩根大通等公司合作计划在2022年前推出首个在金融领域的量子计算应用。
传统计算机要100年才能破解的难题，量子计算机可能仅需1秒，如此“洪荒之力”、酷炫前景各国岂能袖手旁观？去年底，美国IBM公司宣布推出全球首款50量子比特的量子计算原型机，量子计算领域的竞争进入关键阶段。
聪者听于无声，明者见于未形。
当魔幻般的理论在现实中推动进步，各国的科研实力体现无疑。
在IBM公司宣布成果的半年前，中国科学家已发布世界首台超越早期传统计算机的光量子计算机，实现10个超导量子比特纠缠，在操纵质量上也是全球领先。
从个位数到几十量子比特的进展，各国你追我赶，这到底是为什么？从1970年到2005年，正如摩尔定律预测的一样，每18个月集成电路上可容纳的元器件数目约增加一倍，计算机的性能也相应提升近一倍。
但2005年后这种趋势就开始放缓，极其微小的集成电路面临散热等问题考验。

五、我国已实现多少个量子比特纠缠？

中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陆朝阳、刘乃乐、汪喜林等通过调控6个光子的偏振、路径和轨道角动量3个自由度，在国际上首次实现18个光量子比特的纠缠，刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。
多个量子比特的相干操纵和纠缠态制备是发展可扩展量子信息技术，特别是量子计算的最核心指标。
量子计算的速度随着实验可操纵的纠缠比特数目的增加而指数级提升。
然而，要实现多个量子比特的纠缠，需要进行高精度、高效率的量子态制备和独立量子比特之间相互作用的精确调控。
多粒子纠缠的操纵作为量子计算不可逾越的技术制高点，一直是国际角逐的焦点。
2022年底，潘建伟团队同时实现了10个光子比特和10个超导量子比特的纠缠，刷新并一直保持着这两个世界纪录。
通过多年的不懈探索和技术攻关，研究组成功实现了18个光量子比特超纠缠态的实验制备和严格多体纯纠缠的验证，创造了所有物理体系纠缠态制备的世界纪录。
该成果可进一步应用于大尺度、高效率量子信息技术，表明我国继续在国际上引领多体纠缠的研究。
来源：人民日报

六、中国量子计算机领先世界多少

中国在量子通信方领先，例如通信卫星墨子号。
在量子计算方面稍微落后，但是差距没有那么大，在量子计算机领域里，谷歌一直被视为“领头羊”。
此前，谷歌已制造出9量子比特的机器，并计划今年增加至49量子比特，实现“量子霸权”（quantum supremacy）。
但现在，IBM率先完成了这项成就，研制出50量子位计算机。
在量子测量方面不是热点，量子测量一方面可以实现超过经典测量极限的高精度测量，另一方面可以实现经典方式无法完成的各种测量。
例如，用传统光学测量相近的两个物体的距离受制于光学“瑞利散射极限”，其精度仍在数百个纳米，远远大于目前物理、化学、材料、生物等科学研究所要求的成像精度。

七、量子有多大

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