儘管量子電腦原則上可以被打造出來,我們並不知道那會有多難、會在何時發生,甚至會不會發生。而目前看來,它真的很難。
截至 2017 年初,紀錄保持者是一台能讓 14 個(十四個!)qubit 維持穩定僅僅數毫秒的機器。
而我們需要的是讓數百萬個 qubit 穩定數週,才能攻破任何密碼。
重點是:我們還差得遠。
為什麼這麼難#
qubit 極其脆弱#
因為你需要極小的東西來扮演 qubit 的角色——大約是電子或光子的尺度。而正因為 qubit 必須這麼小,它們也極其脆弱。
必須維持極低溫#
qubit 必須被保持在極低溫(接近絕對零度)才能維持穩定。
但即使在這樣的冰凍溫度下,qubit 的狀態仍會衰變,最終變得無用。
在本書寫作時,我們還不知道如何製造能維持超過幾秒鐘的 qubit。
環境噪音與錯誤#
另一個挑戰是 qubit 會受環境影響——例如熱與磁場——這會在系統中製造噪音,因而產生計算錯誤。
理論上處理這些錯誤是可能的(只要錯誤率不太高),但實際做到很難。
修正 qubit 的錯誤需要稱為量子糾錯碼的特定技術,而那又需要額外的 qubit 與夠低的錯誤率。
但我們不知道如何打造出錯誤率這麼低的系統。
兩條主要路線#
目前形成 qubit(因而打造量子電腦)主要有兩種取徑。
超導電路#
由 Google 與 IBM 的實驗室所推動。它把 qubit 做成微小的電路,依賴超導材料的量子現象——其中電荷載子是成對的電子。
超導電路做成的 qubit 需要保持在接近絕對零度的溫度,而且壽命極短。
本書寫作時的紀錄是:9 個 qubit 穩定數微秒。
離子阱#
離子阱(ion traps)由離子(帶電原子)構成,用雷射操縱以把 qubit 準備到特定的初始狀態。這是最早打造 qubit 的取徑之一。
離子阱傾向於比超導電路更穩定——本書寫作時的紀錄是 14 個 qubit 穩定數毫秒。
但離子阱操作起來更慢,而且似乎比超導電路更難擴展。
這是一場登月計畫#
打造量子電腦真的是一場登月級的努力。挑戰歸結為兩件事:
- 打造一個具有少數幾個 qubit 的系統,它要穩定、能容錯、能套用基本的量子閘。
- 把這樣的系統擴展到數千或數百萬個 qubit,讓它變得有用。
從純物理的角度、就我們所知,沒有任何東西阻止大型容錯量子電腦的誕生。
但許多事情理論上可能,實際上卻難以實現或代價太高(就像安全的電腦一樣)。
當然,未來會告訴我們誰是對的——是量子樂觀派(有時預測十年內就有大型量子電腦),還是量子懷疑派(主張人類永遠不會見到量子電腦)。