!!!!!!!!!!!!!!""""知识和进展固态量子计算#金光生!艾合买提·阿不力孜李树深牛智川杨富华封松林（中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室北京"###$%）摘要量子计算机拥有比经典计算机更为强大的计算能力&人们普遍认为，量子计算机最终将会在固态系统中实现&文章介绍了三种固态量子计算机的方案，它们分别基于固态核磁共振、超导结和量子点&关键词量子计算机，固态方案!"#$%&!’(’)*+(,’+-."-/+’$,0’()*+,-./012-.!345363789:;(01+/012-)(<=19/>1+,-?3)*@+/4+,@A)*0B-./;9-（!"#$%&"’(")%*"#%*+%,-./0*’"##$102，3&2#$#.#0%,-04$1%&5.1#%*2，67$&02081"504+%,-1$0&102，90$:$&;"###$%，67$&"）(1234563C+,-D+EFBEG+D2HIF,-GHBJ9K2E+F1.H2,D2HFBEG+D9-.GBL2HD1,-F8,II9F,8FBEG+D2HI&(D9IL9K28M72892J2KD1,DN+,-D+EFBEG+D2HIL988+8D9E,D28M72H2,89:2K9-IB89K/ID,D2IMID2EI&(-D19IG,G2HL2K2IFH972D1H22IB8/9K/ID,D2N+,-D+EFBEG+D2HGHBGBI,8I，7,I2K，H2IG2FD9J28M，B-IB89K/ID,D2)5O，I+G2HFB-K+FD9-.P+-FD9B-I,-KN+,-/D+EKBDI&789:;4<2N+,-D+EFBEG+D2HI，IB89K/ID,D2GHBGBI,8I#国家自然科学基金（批准号：Q#"R#S#"）资助项目；国家重点基础研究项目R##RT#%T"U收到初稿，R##RT#UT%"修回!通讯联系人&A/E,98：.IP9-VH2K&I2E9&,F&F-"引言"WWS年，01BH提出了一种特殊的算法［"，R］，可以将大数有效地进行质因数分解&这一算法极大地震惊了学术界，因为它直接地威胁了现今世界上广泛采用的O03公钥密码体系的安全性&如果这一算法得以真正实施，银行等系统将变得无密可保&01BH这一算法必须在量子计算机（N+,-D+EFBEG+D2H，简称C>）上执行，是一种量子算法&C>是遵循量子力学规律进行运算的机器，而现今广泛使用的计算机本质上都是在经典物理学的支配下运行，可称之为经典计算机&C>与经典计算机的最大区别在于其信息存储、处理的单位是量子比特（N+79D）&C+79D可以处于两个正交量子态（#〉和"〉）的叠加态，N+79D〉（"）利用量子态的相干叠加性可以进行量子并行运算，从而使量子算法有可能比经典算法更加有效&许多两态量子系统均可作为N+79D的载体，如二能级原子，光子的两个偏振态，电子的两个自旋态等等&有时，我们也直接称这些载体为N+79D&人们相继又提出了许多量子算法［%］，它们在解决某类问题时将比已知的经典算法更为有效&其中著名的如*HBJ2H的无序数据库的搜索算法，62+DIF1T’B:I,算法等&正是这一系列量子算法的提出，激励着人们着手去构造C>&随着一系列量子纠错方案的发现，人们开始提出了一些C>方案，并尝试在实验上加以演示&现在实验上演示比较成功的C>方案有离子阱C>，液态核磁共振C>，腔量子电动力学C>等等&然而目前实验中最多也只是做了X个N+79D量子逻辑门操作的演示［S］，要进一步提高N+79D的位数，达到真正可以实用的C>阶段（至少应是几百个N+79D用于计算［U］），无论在理论上还是在实验上都面临着巨大的困难&人们普遍认为固态C>（即利用固态器件构造的C>）将易于实现N+79D位数的大规万方数据模化，从而真正制造出!"#以下我们将重点介绍硅基固态核磁共振、超导和量子点!"方案#$固态核磁共振!"方案%&&’年，澳大利亚南威尔士大学的()*+提出了一种著名的固态!"构造方案［,］，其原理如图%（取自文献［,］）所示#-%.原子做为替位杂质被掺入纯的$’/0基底中（两种原子大小相近），-%.原子相互间距为$1*2，在$’/0的表面之下排列成一条直线#$’/0基底的表面隔着绝缘层，在每个-%.原子正上方的绝缘层中均嵌有一金属电极，称之为3门#两个3门之间也嵌有金属电极，称之为4门#图%()*+的固态核磁共振!"方案原理图!"#$%&’(的表示-%.的核自旋!5%6$，在强磁场下由于塞曼效应将分裂出两个能级，()*+提出利用这一两态系统来表示7890:#核自旋与其周围环境的耦合很弱，因此可以具有较长的消相干时间#例如当温度充分低达到"5%;<(时，核自旋的消相干时间可以超过%1=#基底选用纯度极高的$’/0是因为其核自旋!51，可以避免与-%.原子核自旋的相互作用#!"!初始化-%.原子在/0中是浅能级施主，其>壳层的五个电子有四个与/0结合成共价健，另一个被电离到导带中...
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