这种小型可编程量子计算机，上了本周《自然》的封面

图片来源： Emily Edwards

本周《自然》期刊上的一篇论文 Demonstration of a small programmable quantum computer with atom qubits 报告了一种小型可重新配置的量子计算机，一直以来，这一性质都难以实现。这一装置有望被放大为规模更大的量子计算机，虽然如何实现这一点在论文中尚未得到显示。

量子计算机能比传统计算机更快地解决某些类型的问题，而且已经有人将好些早期机型带出了实验室，引入了市场。但迄今为止，大多数量子计算机只能执行一个功能，且很难重新配置。所以，如果能造出一台能运行任何程序的真正的量子计算机，那就再好不过了。

这项研究也是本周Nature的封面研究。

美国马里兰大学的Shantanu Debnath及同事制造了一台很小但完全可编程的新型量子计算机。这台计算机由五比特的量子信息（量子比特）组成，这些量子比特被储存在五个离子阱中，可通过激光操作，也能在不改变硬件的条件下重新配置。它能执行一系列不同的量子算法，其中一些算法，如 Deutsch-Josza 算法，可利用量子效应，一步完成传统计算机需几步运算才能完成的计算。

计算结构示意。

图片来源：Debnath et al.

由于只有5个量子比特，实验中使用的算法即使用现在最慢的笔记本都能更快地实施，但能了解到关于量子计算机这个系统的整体能力的大量信息。研究者可以观察多个量子比特作为一个系统协同运作时的工作状况。根据作者报告，这一系统能以约98%的准确率执行基本运算。他们提出，系统中可加入更多的量子比特，也可通过连接多个模块来增加运算能力。

要发挥量子计算机的潜力还有很长的路要走。目前最多能在一条量子阱中放置12个离子。未来可能会通过耦合多个单列量子阱，或直接制造二维结构的量子阱来提升运算能力。目前所有量子计算机要面临的下一个挑战是让纠错能力把错误率降低到可忽略的程度。

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