近年来，量子计算领域一直在快速发展，技术进步和大规模投资经常成为新闻。

　　联合国将2025年定为国际量子科学与技术年。

　　赌注是很高的——拥有量子计算机将意味着获得与我们今天拥有的相比巨大的数据处理能力。它们不会取代你的普通电脑，但拥有这种令人敬畏的计算能力将为医学、化学、材料科学和其他领域带来进步。

　　因此，量子计算正迅速成为一场全球竞赛也就不足为奇了，世界各地的私营企业和政府都在争相建造世界上第一台全尺寸量子计算机。为了实现这一目标，首先我们需要稳定且可扩展的量子处理器或芯片。

　　日常使用的电脑——比如你的笔记本电脑——都是经典电脑。它们以二进制数或位的形式存储和处理信息。单个比特可以表示0或1。

　　相比之下，量子芯片的基本单位是量子位。量子芯片由许多量子比特组成。这些通常是亚原子粒子，如电子或光子，由特殊设计的电场和磁场（称为控制信号）控制和操纵。

　　与位不同，量子位可以处于0、1或两者的组合状态，也称为“叠加状态”。这种独特的特性使量子处理器能够以指数级的速度存储和处理超大数据集，甚至比最强大的经典计算机还要快。

　　制造量子比特有不同的方法——可以使用超导设备、半导体、光子学（光）或其他方法。每种方法都有其优点和缺点。

　　IBM、b谷歌和QueRa等公司都制定了到2030年大幅扩大量子处理器规模的路线图。

　　使用半导体的行业参与者包括英特尔以及像Diraq和SQC这样的澳大利亚公司。主要的光子量子计算机开发商包括PsiQuantum和Xanadu。

　　量子芯片有多少量子位实际上不如量子位的质量重要。

　　由数千个低质量量子比特组成的量子芯片将无法执行任何有用的计算任务。

　　那么，是什么造就了一个高质量的量子比特呢？

　　量子比特对不必要的干扰非常敏感，也被称为错误或噪声。这种噪声可能来自许多来源，包括制造过程中的缺陷、控制信号问题、温度变化，甚至只是与量子比特环境的相互作用。

　　容易出错会降低量子比特的可靠性，也就是保真度。量子芯片要想保持足够长的稳定时间来执行复杂的计算任务，就需要高保真的量子比特。

　　当研究人员比较不同量子芯片的性能时，量子比特保真度是他们使用的关键参数之一。

　　幸运的是，我们不需要制造完美的量子比特。

　　在过去的30年里，研究人员设计了一些理论技术，这些技术使用许多不完美或低保真的量子比特来编码抽象的“逻辑量子比特”。逻辑量子位可以避免错误，因此具有非常高的保真度。一个有用的量子处理器将基于许多逻辑量子位。

　　几乎所有主要的量子芯片开发商现在都在将这些理论付诸实践，将他们的重点从量子位转移到逻辑量子位。

　　2024年，许多量子计算研究人员和公司在量子纠错方面取得了重大进展，包括b谷歌、QueRa、IBM和CSIRO。

　　由超过100个量子位组成的量子芯片已经可用。世界各地的许多研究人员正在使用它们来评估当前这一代量子计算机有多好，以及未来几代量子计算机如何做得更好。

　　目前，开发人员只制造了单个逻辑量子位。要弄清楚如何将几个逻辑量子位组合成一个量子芯片，从而能够连贯地工作，解决复杂的现实问题，可能需要几年的时间。

　　一个功能齐全的量子处理器将能够解决极其复杂的问题。这可能会在许多研究、技术和经济领域产生革命性的影响。

　　量子计算机可以帮助我们发现新的药物，并通过在临床试验数据或遗传学中找到当前计算机没有足够处理能力的新联系来推进医学研究。

　　它们还可以极大地提高使用人工智能算法的各种系统的安全性，例如银行、军事瞄准和自动驾驶汽车等。

　　为了实现这一切，我们首先需要达到一个被称为量子霸权的里程碑——量子处理器解决了一个经典计算机需要大量时间才能解决的问题。

　　去年年底，谷歌的量子芯片Willow终于证明了量子在人为任务中的霸主地位——这是一个对经典超级计算机来说很难的计算问题，但由于量子处理器独特的工作方式，它很容易解决。

　　尽管它没有解决一个有用的现实问题，但它仍然是一个了不起的成就，也是在经过多年研究和开发的正确方向上迈出的重要一步。毕竟，要跑，必须先学会走。

　　在未来几年，量子芯片将继续扩大规模。重要的是，下一代量子处理器将以逻辑量子比特为基础，能够处理越来越有用的任务。

　　在量子硬件（即处理器）快速发展的同时，我们也不能忽视量子软件和算法领域的大量研究和开发。

　　通过在普通计算机上进行量子模拟，研究人员一直在开发和测试各种量子算法。当量子硬件赶上来时，这将使量子计算为有用的应用做好准备。

　　建造一台全尺寸的量子计算机是一项艰巨的任务。它需要在许多方面同时取得进展，例如扩大芯片上的量子位的数量，提高量子位的保真度，更好的纠错，量子软件，量子算法以及量子计算的其他几个子领域。

　　经过多年卓有成效的基础性工作，我们可以期待，到2025年，上述各项都将取得新的突破。