以我有限的知识谈限制量子计算应用的脖颈

以我有限的知识谈限制量子计算应用的脖颈

量子计算现在被吹得很响，也确实从大概三十年前纯粹的理论设想到了多位数装置的实现。鄙人在三十多年前对此有所涉及，还写过一篇颇有影响力的文章。现在多年不搞这个了，只能从公共信息看到的做一些思考，如果说得不对或者不完全，请各位指出。

以大家现在已经都熟悉的芯片为基础的计算机为例，它的理论速度限制是芯片上半导体的门电路状态变换的时间。每执行一个指令，需要先把多位数的一列门电路输入原始状态，然后再通过逻辑门电路实行运算，然后还有把门电路更新以后的状态输出，再读入下一指令。那么指令哪里来，是从内存里读出来的，同样的结果也要通过电子线路存回内存。

现在的固体电路，电路传导的速度可以达到光速的2／3，也就是10的负10次方秒走两厘米。现在的集成电路芯片是毫米级别的，也就是说这个线路因为尺度和信号传输速度决定的，每完成读，运算，和写，需要至少10的负11次方秒。当然现在的集成电路处理器的速度不仅仅决定于电信号的传播时间，还有门电路的变换时间。所以我们熟悉的处理器速度以GHZ，也就是10的9次方，远远低于我上面写的电信号传导速度。

那么量子计算机会有什么不同么？大家看几年前IBM公开的100QBIT的处理器的图片。那些一个一个的管道，每一个就是一个QBIT的单位。这个系统的操作是通过里面超低温的原子或者分子的量子态的变化实现的。这个量子态的变化可以很快，根据电子跃迁的时间决定，可以是10的负15次方秒。当然现在可以做的QBIT又多了很多。



但是这么个处理器，仍然需要跟外界相连，来读入原始状态和输出终止状态，完成一次计算。这个无论是用电还是光的过程，都还是需要由电子控制系统来执行的。一个没有输入和输出的处理器是毫无用处的。

这样一个量子装置，尺度大概是米的量级，每次读入和写出的时间，不会小于10的负9次秒，也就是说并不会比现在的集成电路处理器快。这是由物理尺度所决定的不可逾越的障碍。