有人說是量子信息技術(shù)，我想提一下量子計算的本質(zhì)是什么？
世界運轉(zhuǎn)的一大規(guī)律就是物質(zhì)和能量的相互轉(zhuǎn)化。但是，人類一直以來都是在相當(dāng)大的量級上利用這一過程。這個學(xué)過初中化學(xué)的就知道，1摩爾=6.02*10^23個原子，平時用的量比如發(fā)電、化學(xué)反應(yīng)等等都不知道有多少個摩爾了。一個化學(xué)反應(yīng)涉及的原子太多了，我們根本無法描述細節(jié)，都是很粗糙的模型。
量子物理至今無法解釋測量是如何導(dǎo)致波函數(shù)坍塌的，因為測量就引入了很多相互作用的量。也無法解釋很多多體物理模型比如RKKY相互作用。原子物理能解釋的現(xiàn)象不超過氫原子，固體物理能解釋的現(xiàn)象都是基于很多假設(shè)比如能帶理論、絕熱模型等等。如何填補中間這個鴻溝，從一個一個原子的相互作用搭建起宏觀反應(yīng)的模型幾乎是無法完成的任務(wù)。
然而，量子計算很可能填補這個中間的鴻溝。量子計算的一個比特就是一個一個二能級系統(tǒng)，我們可以認為就是一個人工原子。多個比特就是多個原子，一臺能夠進行Shor算法的量子計算機需要包含至少一億個比特，這就是對至少一億個原子進行操控，這里面會遇到的問題和難度難以想象，對人類技術(shù)的推動和知識的擴展也必定是難以想象的。
就我所知道的，現(xiàn)在要做出操控一億個原子的量子計算機，需要攻破的難關(guān)如下：
1.量子比特層面，進一步降低電荷噪聲的影響，提高保真度。現(xiàn)在的保真度只有99%左右，還是太低了，支撐的計算深度有限。即使是容錯編碼，需要的輔助比特也太多了。這一層需要人們加深對噪聲的分析，以及人們對芯片加工過程中品質(zhì)控制的把握。
2.控制線路方面，4K或者更低溫度下的片上微波器件，包括微波源、ADC/DAC、環(huán)形器等等。現(xiàn)在的微波器件主要都是更高溫度且不能集成擴展的，帶來的插入損耗和噪聲都非常多，而且難以擴展。這一層需要人們研究超低溫領(lǐng)域的一系列多頻段電子器件，這些成果很快就可以轉(zhuǎn)移到其他低溫電磁學(xué)測量和物理研究中。
3.人機交互方面，快速、準確的自動化比特測量和校準系統(tǒng)?，F(xiàn)在的比特都是實驗室人員首先尋找比特頻率然后進行相關(guān)測量校準的，聽說潘院士的十比特芯片測了一年左右。未來億萬級別的比特需要的工作量難以想象，所以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機器學(xué)習(xí)技術(shù)加速這種測量和校準很有必要。
當(dāng)人們解決以上問題后，低溫凝聚態(tài)物理和低溫電磁學(xué)的研究都會得到加深，然后利用量子計算機研究化學(xué)反應(yīng)的演化過程、多體物理的相互作用甚至量子場論；提供如旅行商問題的決策優(yōu)化、商品推薦等商業(yè)功能。這些計算力的提升也許會在發(fā)現(xiàn)新材料、能源管理方案等方面提供支持。
想象一下，力學(xué)的發(fā)展為蒸汽革命提供了發(fā)展的強勁動力，電磁學(xué)的發(fā)展為電氣革命提供了廣闊的發(fā)展空間，量子力學(xué)的發(fā)展為半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)（半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)正是基于量子力學(xué)的能帶理論）；那么，量子計算的發(fā)展是怎么樣的呢？
不考慮量子比特的來源，量子計算中量子比特的讀出和操控所用到的物理基礎(chǔ)正是量子電動力學(xué)（Quantum electrodynamics，QED）的發(fā)展。
那么，我們可不可以說量子電動力學(xué)的發(fā)展會引領(lǐng)第四次工業(yè)革命呢？
可能。但是，可能不一定夠。如果跟前面的兩次革命比較起來，我認為量子場論的進一步發(fā)展，比如可以包容廣義相對論的結(jié)果的出現(xiàn)，有可能會打開未來的大門。這個過程，也許通過量子計算機就可以得到解答，那么這么說也可以說量子計算機是引領(lǐng)第四次工業(yè)革命的技術(shù)。
這么說，哪個國家想引領(lǐng)第四次工業(yè)革命，就必須掌握量子計算機了?？赡苁畮啄曛?，每個國家的科研重鎮(zhèn)都會有幾臺量子計算機，像超算一樣解決重大社會需求，也像對撞機一樣解決重大科研問題。最終從中找到第四次工業(yè)革命的鑰匙。
