yinzhangqi
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可能实现量子计算机各种方案简述
最近我在写硕士毕业论文，看了许多关于量子计算实现方案的论文。下面是我总结的现有的几种主要的方案。按照实现的物理系统不同加以分类。每种方案后面列有原始文献，或者综述。
基于离子阱的量子计算方案是最早在实验上实现的方案之一。这类方案量子信息储存在离子的内态中，一般是用离子的集体振动来控制影响离子的内部能级状态，或者是用最近邻离子之间的偶极相互作用哈密顿来实现量子逻辑门。随着离子数目的增大，控制原子所需要的激光束也就增加了。对离子的控制需要离子的内态与外部耦合，可这种耦合也是退相干的源头。随着控制激光束的递增，离子的退相干速率将会呈指数上升。由于这种技术上的问题，我们很难实现实用的量子计算机。
J. I. Cirac and P. Zoller., Phys. Rev. Lett. 74 (4091), 1995
C. Monroe, D. M. Meekhof, B. E. King, W. M. Itano, and D. J. Wineland., Phys. Rev. Lett. 75 (4714), 1995
Anders Sorensen and Klaus Molmer., Phys. Rev. Lett. 82 (1971), 1999
一般是一个二能级系统对应一个qubit，NMR就是用大量的核自旋做量子比特。这是因为信号很弱，单个核自旋的信号强度不足以读出来。优点就是，目前它是试验上已实现的最多qubit数，目前已经实现了7位。缺点就是随着qubit数目的增多，试验的难度近乎指数增大，估计10位是其极限，而且NMR量子计算到底是否可信，现在还存在着争议，因为它使用的是系综。
L. M. K. Vandersypen and I. L. Chuang, Rev. Mod. Phys. 76, 1037 (2004)
基于腔QED中原子系统的量子计算机。这类方案类似于离子阱量子计算。量子信息储存于原子的内部能级中。利用原子与腔场相互作用控制原子的内部状态。由于现在的微腔技术还不成熟，原子自发辐射和腔损对系统的影响太大，大大的制约了这种技术的发展。但是将微腔中的原子与飞行在光纤中光子联合起来，有可能实现分布式量子计算。
Shi-Biao Zheng and Guang-Can Guo., Phys. Rev. Lett. 85 (2392), 2000
Yuan Liang Lim, Almut Beige, and Leong Chuan Kwek., Phys. Rev. Lett. 95 (030505), 2005
Sean D. Barrett and Pieter Kok., Phys. Rev. A 71 (060310(R)), 2005
Alessio Serafini and Stefano Mancini and Sougato Bose., Phys. Rev. Lett. 96 (010503), 2006
全光的量子计算中量子比特被编码到极化正交的两个光子状态中，通过对光子状态的调控完成量子逻辑门。这类方案的优点在于光子与外界作用弱，退相干慢，缺点也在于与外界作用弱，很难对其状态进行调控。通常实现量子逻辑门都需要用到非线性光学其间，但是一般的光学期间非线性系数太弱，难以实现量子计算。最近提出的线性光学量子计算方案开辟了一个新的领域：用线性光学期间外加测量可以实现量子逻辑门。
E. Knill and R. Laflamme and G. J. Milburn., Nature 409 (46), 2001
超导电路量子计算。超导电路类似于原子，也有能级，也可以被外界的场驱动。不同于原子，这种“人工原子”与环境的耦合非常强，而且其各种性质（能级跃迁频率，偶极矩等）都可以人工来设计。这种人工原子用来做量子比特比起自然原子的优越性也就在此。
quant-ph/0601121
固体基底（比如硅）上的量子点系统。这也是一种人工原子。电子被束缚在一个微小的半导体或金属盒子或者岛上面，称为量子点。量子信息编码到量子点中，通过对量子点的操作实现量子计算。这种量子点系统的优点在于可以直接利用现有的大规模集成电路的技术，缺点在于量子点退相干时间太短。
Phys. Rev. A 57 (120), 1998
Phys. Rev. B 59 (2070), 1998
拓扑量子计算方案中量子比特被编码到Anyon中。Anyon是存在于二维空间的具有特殊量子统计性质的粒子。拓扑量子计算方案的有点在于储存，控制其中量子信息的这一过程不受环境影响。目前对这种方案的研究还处于理论探讨阶段，未见实验报道。
A.Yu. Kitaev, Ann. Phys. (N.Y.) 303, 2 (2003).
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| 发表时间：2006-03-03, 02:54:41 |
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