1. 竞赛
1.1. 能够有效发挥作用的计算机体系结构不止一种
1.2. 图灵机就是在可应用于广泛技术的一般原理基础上产生的
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1.2.1. 只要有管道和阀门，原则上就可以制造出一台数字计算机
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1.2.2. 其基本要素是形成一个可以携带一系列0和1的数字信息系统，以及处理这些信息的方法
1.3. 量子计算机也可以有多种可能的设计
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1.3.1. 任何能够将0和1的状态叠加并纠缠在一起，并能够完成这些信息相关处理工作的量子系统，都可以被称为量子计算机
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1.3.2. 自旋向上或向下的电子和离子，以及顺时针或逆时针旋转的偏振光子，都可以达到这个目的
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1.3.3. 由于量子理论支配着宇宙中的所有物质和能量，因此构建量子计算机可能有数千种方法
- 1.3.3.1. 对量子计算机设计的选择可能会直接影响竞赛的最终结果
1.4. IBM发布了433量子位的Osprey量子处理器，并将于2023年部署1121量子位的Condor量子计算机
- 1.4.1. 处于领先地位
1.5. 几乎每个有影响力的计算机公司都有了自己的量子计算机程序
1.6. 如何真正帮助人类解决现实世界中的实际问题，有些问题可能会彻底改变相关行业的发展轨迹
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1.6.1. 应用量子计算机来尝试实现科学和技术领域的重大突破
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1.6.2. 试图揭示生命起源背后的量子力学，从而进一步解开光合作用的奥秘，为地球提供食物，为人类社会提供新能源，并实现对当前被视为不治之症的疾病的治愈
2. 超导量子计算机
2.1. 目前，超导量子计算机已经为计算能力设定了标准
- 2.1.1. 在2019年，谷歌拔得头筹，宣布其Sycamore超导量子计算机实现了量子霸权
2.2. 通过将温度降至绝对零度以上的几分之一度，电路变成量子力学的，即它们变得相干，因此电子的叠加不再受干扰
- 2.2.1. 通过将各种电路连接在一起，可以将它们纠缠在一起，从而实现量子计算
2.3. 科学家通过“相干时间”来测量这种灵敏度，即原子在一起保持相干振动的时间长短
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2.3.1. 温度越低，原子在环境中的运动就越慢，相干振动时间就越长
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2.3.2. 将机器冷却到比外太空更低的温度可以最大限度地延长相干时间
2.4. 优势：它们可以使用数字计算机行业开创的现成技术
2.5. 缺点是，需要一系列精心设计的管道和泵来冷却机器
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2.5.1. 不仅增加了成本，而且增加了带来新的复杂性和错误的可能性
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2.5.2. 最轻微的振动或杂质都可能破坏电路的连贯性
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2.5.3. 甚至有人在附近打喷嚏也会破坏实验
2.6. 你不能完全相信量子计算机的结果，因为它可能会产生偏差
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2.6.1. 用一组量子位备份每个量子位，这会产生冗余并减少系统的错误
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2.6.2. 对于一台1000量子位的量子计算机来说，需要100万个量子位来产生冗余
3. 离子阱量子计算机
3.1. 霍尼韦尔就是这种模式的主要支持者之一
3.2. 当选取一个电中性的原子，剥离掉一些电子时，我们就会得到一个带正电的离子
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3.2.1. 一个离子可以悬浮在由一系列电场和磁场组成的阱之中，当引入多个离子之后，它们之间就会发生相干量子位振动
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3.2.2. 如果我们假设电子轴向上自旋，则状态为0；如果向下自旋，则为1
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3.2.3. 由于量子世界的奇特叠加效应，最终结果往往是两种状态的叠加混合
3.3. 在离子阱量子计算机中，离子保持在接近真空的状态，悬浮在复杂的电场和磁场阵列中，可以完成随机移动
- 3.3.1. 相干时间可能比超导量子计算机长得多，而且离子阱量子计算机实际上可以在比竞争对手更高的温度下运行
3.4. 可扩展性(scaling)
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3.4.1. 扩展是相当困难的一件事
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3.4.2. 必须不断重新调整电场和磁场以保持相干性，这是一个相当复杂的过程
4. 光量子计算机
4.1. 光量子计算机首先以45度角向分束器发射激光束，分束器是一块精细抛光的玻璃
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4.1.1. 击中它后，激光束会一分为二，一半向前，另一半向侧面反射
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4.1.2. 这两个光束是相干的，彼此保持着一致的振动
4.2. 【东大】宣布实现了一个更大的突破，在200秒内完成了一次数字计算机需要用5亿年时间才能完成的计算
4.3. 【东大】的量子计算机不是用电子来完成计算的，而是用激光束来完成计算的
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4.3.1. 光可以在不同的方向振动，即在偏振态下振动
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4.3.2. 可以用在不同偏振方向上振动的光来表示数字0或1
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4.3.3. 【东大】的光量子计算机能够通过在100个通道中移动的76个纠缠光子完成相关计算
4.4. Xanadu开发的芯片是可编程的，其计算机可以在互联网上使用
4.5. 优点
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4.5.1. 电子与普通物质发生反应的程度相对更剧烈一些，因为它们是带电的（也因此更容易受到环境的干扰），但光子不带电，因此受到的环境干扰自然小得多
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4.5.2. 光束能够以最小的干扰直接穿过其他光束
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4.5.3. 光子也比电子快得多，光的传播速度是电信号的10倍
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4.5.4. 它在室温下就可以运行，这可能会成为其最终超过其他几种类型量子计算机的重要原因
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4.5.4.1. 不需要昂贵的泵和管道来将温度降至接近绝对零度，从而不会面临急剧增加的成本
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4.5.4.2. 光量子计算机在室温下工作，相干时间很短
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4.5.4.3. 激光束通常具有很高的能量，因此，与相干时间相比，计算完成的时间更快，从而让环境中的分子看起来就像是在做慢运动
4.5.4.3.1. 减少了与环境交互时可能产生错误的概率
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4.6. 缺点：它们是反射镜和分束器的笨拙集合，所以体积非常大
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4.6.1. 对于每一个计算任务，都需要人为将反射镜和分束器的复杂集合重新排列到不同的位置
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4.6.2. 它不是一台可以通过编程执行即时计算的通用机器
4.7. 从长远来看，较低的错误率和降低的成本这两大优势，将成为光量子计算机超过其他几款设计的核心优势
5. 硅光子计算机
5.1. 优势在于，它们可以使用半导体行业已有的成熟技术方法
5.2. 硅的双重性质
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5.2.1. 硅不仅可以用来制造晶体管，从而控制电子流
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5.2.2. 还可以用来传输光，因为它对某些频率的红外辐射是透明的
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5.2.3. 双重性质对纠缠光子至关重要
5.3. 卖点是它们可以解决纠错问题
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5.3.1. 由于与环境的相互作用，错误会渗透到任何计算中，因此需要通过创建冗余量子位在系统中构建冗余
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5.3.2. 如果有了100万个量子位，他们认为就足够控制误差，可以在计算机上进行真正的实际计算
6. 拓扑量子计算机
6.1. 微软的设计，它使用了拓扑处理器
6.2. 根据量子理论，除了离子阱和光子系统，还有另一种方法可以在室温下完成量子计算机的创建
- 6.2.1. 如果一个系统能够始终保持一定的特殊拓扑性质，它就可以在室温下保持稳定
6.3. 绳子的拓扑结构（也就是形状，具体到绳子这个物体上表现的就是结）除了切割，任何操作都无法改变
6.4. 物理学家试图找到无论温度条件如何，都始终能够稳定保持系统拓扑结构的物理系统
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6.4.1. 如果找到，它将大大降低量子计算机的成本，提高量子计算机的稳定性
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6.4.2. 有了这样一个系统，相干量子位可以从这些拓扑配置中产生
6.5. 锑化铟纳米线
- 6.5.1. 由许多组成物质经过一系列复杂相互作用而产生的，因此是“涌现的”
6.6. 马约拉纳零能模(Majorana zero mode)粒子
- 6.6.1. 一种神奇的材料，称其即使在室温下也能保持稳定
6.7. 任意子(anyons)
7. D-Wave量子计算机
7.1. 可以通过使用磁场和电场来操纵超导导线中的电流，直到达到最低能量状态，从而实现优化数据的目标
7.2. D-Wave量子计算机在优化这一领域表现出色
