量子计算机的原始技术是什么

量子计算机的原始技术是量子叠加与量子纠缠

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为什么大家忽然关心“原始技术”

很多人之一次接触量子计算新闻，都会被“几百量子比特”“指数级加速”冲击得头晕。但冷静下来，他们会问：这一切的起点在哪？
在我看来，追问“原始技术”其实是在追问“底层密码”。只有看见种子，才懂参天大树如何萌芽。

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量子叠加：从硬币实验开始理解

普通硬币抛一次得到正面或反面，概率各一半；量子硬币却像空中旋转的模糊影子，正面与反面概率波同时存在。
有人问：“这种状态不是想象的吗？” 答：这不是比喻。IBM在五量子比特芯片上实测，单个量子比特在测量前就处于|0⟩和|1⟩的相干叠加，测量才坍缩到确定值。
这一结论来源于薛定谔方程，它把微观粒子当波动处理，方程本身不含骰子，却自然导出概率，被爱因斯坦称为“鬼魅般的理论”。

• 叠加让并行计算成为可能，1个量子比特同时扮演0和1
• n个量子比特能表示2ⁿ个组合，经典比特只能“排队站岗”

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量子纠缠：比爱情还牢固的连接

两个量子比特一旦形成量子纠缠，无论距离多远，它们的态都要“共同答题”。

“当两个系统相互作用后，它们各自的态只能用叠加态整体描述。”——薛定谔写给爱因斯坦的信中首次提出“纠缠”一词

自测小游戏：

1. 把一个纠缠光子留在北京，另一个送进上海实验箱子。
2. 测量北京光子偏振为水平，上海那位立刻表现为垂直。
   中间没有任何信号传递，却比光速还同步。这种超越经典的关联就是原始技术之一。

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叠加+纠缠=早期算法驱动力

没有二者，Shor算法没法分解大整数，Grover算法也没法在海量数据中秒杀搜索。

• Shor算法：用量子傅里叶变换找周期，背后就是叠加让大量指数态齐头并进。
• Grover算法：把搜索问题写成振幅，再用“翻转-扩散”步骤放大正确答案，关键步骤里纠缠把振幅锁在一起。

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物理实现：超导环囚禁的“人造原子”

原始逻辑说清楚了，还得有听话的“硬件孩子”。主流玩法是超导量子比特：

• 铝膜制成的约瑟夫森结，扮演非线性电感，形成人造二能级原子。
• 通过微波脉冲将|0⟩、|1⟩编码在超导环磁通里，叠加就像秋千同时摆向左右。
• 纠缠靠可调耦合器，两比特之间像松紧带，一拉即纠缠，一松即解耦。

谷歌72比特“Bristlecone”、IBM433比特“Osprey”全部沿用这一技术路线，它们把原始理论搬到了毫米级芯片上演示。

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个人观察：为何说摩尔定律止步于此，量子跃迁刚刚开始

从1965年摩尔写下观察报告到今天，芯片晶体管逼近原子尺寸，漏电和热噪声成了天花板。叠加与纠缠并不“缩小”硬件，而是在新的数学维度上重新定义计算。
量子计算机不是跑得更快，而是换一条路。就像《三体》里说的：“毁灭你，与你何干”，经典计算机仍在进步，但未来十年最硬的加密难题将不再由它守护。

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小白也能做的三个入门动作

1. 下载IBM Quantum Composer，拖拽几个量子门，亲自让|ψ⟩同时处于0和1；
2. 观看MIT开放课程《Quantum Information Science I》，前两章即可搞懂叠加与纠缠；
3. 在Kaggle参加“Quantum Hackathon”，用5分钟跑完Shor算法玩具代码，亲手分解15=3×5。
   动手一次，比看十篇论文更能体会原始技术的魅力。

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附：数据碎片增加可信度

《Nature Electronics》2024年9月统计了全球公开的云端量子设备，共63台，其中90%使用超导方案，平均相干时间已达160微秒，误差率下降到0.1%以下。比起首台2比特验证机2003年的1%误差，已经是三个数量级跃进。

原始技术从未改变，只是今天，我们终于把它打磨成了可触摸的工具。