以我有限的知識談限製量子計算應用的脖頸

以我有限的知識談限製量子計算應用的脖頸

量子計算現在被吹得很響，也確實從大概三十年前純粹的理論設想到了多位數裝置的實現。鄙人在三十多年前對此有所涉及，還寫過一篇頗有影響力的文章。現在多年不搞這個了，隻能從公共信息看到的做一些思考，如果說得不對或者不完全，請各位指出。

以大家現在已經都熟悉的芯片為基礎的計算機為例，它的理論速度限製是芯片上半導體的門電路狀態變換的時間。每執行一個指令，需要先把多位數的一列門電路輸入原始狀態，然後再通過邏輯門電路實行運算，然後還有把門電路更新以後的狀態輸出，再讀入下一指令。那麽指令哪裏來，是從內存裏讀出來的，同樣的結果也要通過電子線路存回內存。

現在的固體電路，電路傳導的速度可以達到光速的2／3，也就是10的負10次方秒走兩厘米。現在的集成電路芯片是毫米級別的，也就是說這個線路因為尺度和信號傳輸速度決定的，每完成讀，運算，和寫，需要至少10的負11次方秒。當然現在的集成電路處理器的速度不僅僅決定於電信號的傳播時間，還有門電路的變換時間。所以我們熟悉的處理器速度以GHZ，也就是10的9次方，遠遠低於我上麵寫的電信號傳導速度。

那麽量子計算機會有什麽不同麽？大家看幾年前IBM公開的100QBIT的處理器的圖片。那些一個一個的管道，每一個就是一個QBIT的單位。這個係統的操作是通過裏麵超低溫的原子或者分子的量子態的變化實現的。這個量子態的變化可以很快，根據電子躍遷的時間決定，可以是10的負15次方秒。當然現在可以做的QBIT又多了很多。

但是這麽個處理器，仍然需要跟外界相連，來讀入原始狀態和輸出終止狀態，完成一次計算。這個無論是用電還是光的過程，都還是需要由電子控製係統來執行的。一個沒有輸入和輸出的處理器是毫無用處的。

這樣一個量子裝置，尺度大概是米的量級，每次讀入和寫出的時間，不會小於10的負9次秒，也就是說並不會比現在的集成電路處理器快。這是由物理尺度所決定的不可逾越的障礙。