德国量子计算机的研制进展

德国联邦物理技术学院（PTB）通过2021年4月专刊报道了关于德国量子计算机的研制进展。根据该报道，一台量子计算机正由专业研发团队在德国下萨克森州（Niedersachsen）的“量子谷”（Quantum Valley）中进行研制开发，项目周期预计为5年（至2026年）。该研发团队得到了来自下萨克森州政府和大众基金会2500万欧元的资金支持。项目还被列入了政府的卓越研究计划，力争打造下萨克森州在量子领域的研究竞争力卓越中心。

一台量子计算机的最大吸引力在于它是以量子技术的规则和方式工作的，而且计算性能远超传统数字计算机。这点目前已广为人知，不仅仅是物理学家，还包括来自不同技术领域的应用者，比如：密码学、分子生物学、材料科学和金融市场相关或者人工智能应用相关的技术领域等。人们对于量子计算机的期待，是由于量子计算机在处理专业问题数据时远超传统数字计算机的计算能力。因为，量子计算机并不是通过传统严格意义的二进制计算机数字比特（Bits）来实现计算的，而是通过0和1同时叠加存在状态的新式量子比特（Qubits）来处理数据的。这就使得量子计算机可以用相对小的量子比特数量来处理同样复杂的计算任务，结果是让计算能力呈指数性增强。

目前，研制量子计算机最主要的挑战来自于，如何实现量子比特真正在计算机内存中的运行。在下萨克森州“量子谷”中的德国科研团队正在研究一种可使离子单独存在并被存储的基础技术。通过这种技术，离子可以被电子场捕获并通过电波或者激光辐射控制。德国联邦物理技术学院目前掌握着这项“离子分离捕获”（俗称“离子陷阱”）技术，并且已经成功投入了实际应用，比如：制造“光学原子钟表”。“离子陷阱”技术因此被视作目前大有希望实现量子计算机拥有现实计算能力的技术手段。

在下萨科森州的量子计算机研制项目中德国联邦物理技术学院协调了布劳恩史威克理工大学（TU Braunschweig）和汉诺威大学（Universität Hannover）一起参与研发。“离子陷阱”技术由德国联邦物理技术学院专业负责，布劳恩史威克理工大学负责研发项目的微电子芯片集成技术，而汉诺威大学则对量子计算机的总体运行、算法及软件优化配以专业理论研究团队。

备注：量子计算机最核心的量子比特（Qubits）技术据说是源于奥地利物理学家埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）在1935年提出“薛定谔的猫”假想。“薛定谔的猫”是一个思想实验，有时也称为薛定谔的猫悖论，薛定谔试图用它说明将量子力学的应用于日常宏观物体时会产生的问题。该试验场景展示了一只假想的猫，它能够同时处于活着和死亡的状态，这种状态被称为量子叠加态，由于与一个具有随机性的亚原子事件相关联，这个事件可能发生也可能不发生。“薛定谔的猫”思想实验也经常出现在关于量子力学各种诠释的理论讨论中。薛定谔在描述该思想实验的过程中创造了“量子纠缠”（Quantenverschränkung）这一术语。