光量子计算机如何入门教程

光量子计算机能做什么？对初学者来说，它是一种先用普通光线产生量子比特，再用干涉仪完成计算的新型方案。只要掌握激光、分束器、超导单光子探测器这三样“乐高积木”，你就能理解90%的公开实验。

---

为什么光量子比特比超导比特更适合新手

个人经验：我在实验室之一次接触超导量子芯片，必须忍受-273°C的极低温，但换成光路实验，只需在桌面摆好镜片即可。室温操作带来直观的学习曲线，这是新手更大的福音。
引述MIT的《Quantum Optics》最新讲义：“光学路径的可视化程度，让本科生也能独立完成贝尔不等式检验。”

---

搭建光量子实验台：器材清单与价格区间

• 连续波激光器：Thorlabs的405 nm型号≈1200美元，波长越短，单光子能量越大。
• 50/50分束器： *** 采购光学级石英件，￥350即可拿到。
• SNSPD单光子探测器：国产赋同科技已做到<￥80 k，五年前的进口货还要￥200 k。
把这三样东西串在一起，你就拥有了一个最简单的Mach-Zehnder干涉仪，也是光量子计算的“Hello, World”。

---

用日常比喻解释量子叠加与干涉

问：什么是叠加？
答：想象一枚硬币正反两面同时朝上，你看到正面时就已经“折叠”成反面不见。光路的叠加，就是光子同时走了两条路径，只有在探测器处才揭晓结果。

问：为什么要干涉？
答：干涉像是两队人同时走过独木桥，步伐一致就“加强”，步伐错乱就“抵消”。正确调相位等于调舞步，最后只有一条路会“亮”起来。

---

一条可在宿舍复现的光量子电路

步骤拆解：

1. 405 nm激光经过衰减片，让光强低到每次平均只有0.1个光子，进入“单光子”领域。
2. 之一个分束器把单光子切成两条可能的路径，形成量子叠加。
3. 两条光路各插一片电控相位板，通过改变电压即可让干涉“亮”或“暗”。
4. SNSPD记录到达时间，用树莓派抓TTL信号，跑出可见的干涉条纹。
   整套装机耗时不到两小时，我在B站看过清华同学直播复现，弹幕全是“居然真的能肉眼看见量子”。

---

2025光量子产业三动向：新手的职业窗口

Ⅰ. 国产硅光芯片流片成本降至$500/批次，让光量子线路可以像PCB一样设计。
Ⅱ. 阿里达摩院发布的“太章”框架，把光量子线路编译时间从天级缩短到10分钟，降低了软件开发门槛。
Ⅲ. 华为诺亚实验室今年计划招100名光学应届生，简历中只要提及Mach-Zehnder即可进入面试环节。

---

权威数据与独家见解

引用去年十二月《Science》对九章三号的报道：“255光子的算力等效全球最强超算Frontier运算1亿年。”
我个人的补充观察：九章团队为了产生255路纠缠，用了1560束激光与1560个光纤延迟线，每路误差<1飞秒，这意味着你在宿舍玩的小装置离世界纪录只差“工程放大”而非“物理原理”。换言之，新手阶段就已掌握核心技术，只是规模不同。

量子光学从“高岭之花”落地为桌面实验的速度，比我2018年初读研究生时想象的快出五倍。若你今晚决定动手，两周后即可在朋友圈晒出之一张干涉条纹，而这幅图像，正是下一次技术革命的起点。