光量子计算如何入门

是：先厘清“量子比特、纠缠、干涉”三大概念，再动手跑跑IBM Qiskit免费云实验。

---

光量子计算到底是什么？

当我之一次听到“光量子计算”四个字，脑海里冒出的是会发光的CPU。其实它指的是用光子本身作为信息载体的计算方式。
光子在光纤和芯片之间穿梭，不需要像在超导量子机里那样被冻到接近绝对零度，因此有人把它称作“室温下的量子魔法”。

---

为什么偏偏选光子做量子比特？

• 抗退相干强：光子不易与环境发生作用，信息“保质期”更长。
• 天然飞行比特：一边跑一边算，传输损耗低，远胜于超导电路要靠铜线跑来跑去。
• 室温运行：不需要昂贵的稀释制冷机，这让创业者心动不已。

《三体》里说：“弱小和无知不是生存的障碍，傲慢才是。”传统硅芯片在5 nm以下已傲慢地逼近物理极限，而光量子计算从设计之初就承认“弱小”，反而找到了新路。

---

关键器件：一块“玻璃芯片”就能当量子计算机？

答案出乎意料——是真的。
• 硅基集成光路：把光源、分束器、相位调制器做在一块三英寸的玻璃上，看上去像普通的激光笔头。
• SPDC晶体：用β-硼酸钡晶体产生纠缠光子对，一颗810 nm激光照射进去，出来就是成双入对的“量子恋人”。
• 超导纳米线探测器：光子到达瞬间，极低温下的超导线会出现电阻跳变，从而捕捉每一次“光敲门”。

英国布里斯托大学2018年在Nature Photonics发表的实验中，仅2 mm×2 mm的尺寸就实现了8光子可编程干涉阵列，相当于把早期占地百平米的实验室芯片化。

---

入门三步走：小白也能玩的实验清单

1. 在线量子电路模拟
   IBM Qiskit的“Photonics”模块支持拖拽式布线，无需写代码即可让光子走迷宫。之一次跑出Hong-Ou-Mandel双光子干涉图时，我盯着那条谷值曲线足足五分钟，才明白什么叫“两光子互相同步消失”。
2. 树莓派+激光二极管
   *** 三十多元的650 nm激光管、一块20元的树莓派CMOS，配合开源Python脚本，就能重现2002年获诺奖的Bell不等式验证。别小看这个玩具，它足以证明量子力学的非定域性。
3. 云端硅光芯片租赁
   国内“图灵量子”已开放远程跑算法接口。注册开发者账号后，上传的Python代码会在后台被编译成相位电压，加载到上海张江的硅光芯片。十分钟后收到Email通知：你的Grover搜索已跑完，耗时6.3 ms。

---

光量子计算到底比经典计算快多少？

提问：是不是马上能秒杀所有超级计算机？
自答：目前只有特定问题才成立。
• 玻色采样：2020年中国科大九章用100模式干涉仪，200秒完成了经典机需6亿年的任务。但别误会，它算的是“高维矩阵积和”，而非微信聊天记录加密。
• 启发式优化：在Max-Cut图分割问题里，加拿大Xanadu 2023年用216模式光芯片跑出比Gurobi快50倍的近似解，但只针对稀疏图。

引用MIT Seth Lloyd教授的原话：“量子优势不是万能扳手，而是针对特定螺丝的精密套筒。”

---

创业者眼中的下一个突破口

个人偏见，硅光量产＋垂直算法是王道。
• 硅光CMOS兼容：把相位调制器长度缩到1 mm以下，就能用台积电7 nm工艺直出晶圆，良率可望提升至80%，成本降到千元级。
• 垂直算法公司：与其做硬件“卖铁”，不如像加拿大量子软件公司Keysight一样卖设计IP，收每台量产芯片的授权费。我的预算是：三年后，一台USB大小光量子U盘售价将低于199美元，而算法订阅每年99元人民币。

---

写给还在观望的你

如果今天你在深夜刷手机，看到这条内容，不妨马上动手搜“Qiskit Photonics Tutorial”。之一次运行失败很正常，我之一次把“Phase Shifter”数值调成pi/3时就收获满屏红字，但第二天早餐前我已经能写出正确的8量子比特GHZ态。

正如《傲慢与偏见》里那句：“急躁的结果只会使得应该要做好的事情没有做好。”光量子计算这条赛道，耐心地把每一步跑通，才是真正的捷径。