量子计算核心技术有哪些

量子计算核心技术主要包括：量子比特、量子门、量子纠缠、量子纠错、量子算法和量子测量。

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为什么这些技术被称为“核心”？

因为它们像一台蒸汽机里的汽缸、阀门、连杆一样缺一不可。

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量子比特：从零到一的叠加态

王小波在《万寿寺》写过，“一切都像打了蜡一样滑腻”。量子世界正是这种感觉——比特不再是“0或1”，而是0和1两种概率同时存在。

我曾在实验室里亲手给超导量子比特降温到0.02开尔文。那一刻，芯片安静得像深海。普通人可以把它想成：一枚永远旋转的硬币，落地前既像正面又像反面。

• 量子比特寿命是衡量质量的关键指标，目前更好的材料能把退相干时间延长到0.3毫秒。
• 物理实现路径五花八门：超导、离子阱、光学、硅量子点、拓扑……每一条路都有独角兽公司押注。

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量子门：操控叠加的“按钮”

问：没有量子门，量子比特是否还能算？
答：不能，它们只会保持“迷茫”。

量子门相当于传统逻辑门的高维版本。对新手最简单的理解是，它把一个“旋转硬币”的角度轻轻掰了一下。Hadamard门等于把硬币掰成50%正面与50%反面的完美叠加，而CNOT门则把两个硬币“绑”在一起，一个倒，另一个跟着倒。

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量子纠缠：爱因斯坦口中的“鬼魅”

爱因斯坦写信给玻尔：“量子力学固然令人印象深刻，但‘幽灵般的远距作用’让我难以接受。”

纠缠的魔力在于信息瞬时同步，哪怕相隔一个星云。中国“墨子号”卫星已经把纠缠光子分发到1200公里之外的地面站，实测表明真随机性依旧成立。

纠缠=资源，在Shor算法中，它把质因数分解复杂度从指数级降到多项式级。

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量子纠错：驯服脆弱的“雪花”

问题：量子比特这么脆弱，一碰就塌缩，怎么做大型计算？
答：借鉴海明纠错码的思路，用冗余来“投票”。

表面码是当前最被看好的方案——把一个逻辑比特拆成数百个物理比特一起“唱票”。谷歌2024年论文指出，以0.1%错误率的量子芯片构建表面码可把逻辑错误压到百万分之一。

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量子算法：让沉默的叠加唱歌

• Shor算法：让信用卡RSA加密在2048-bit面前瑟瑟发抖。
• Grover算法：比经典搜索“开平方倍”提速，好比从在图书馆一排排找书变成直接翻到目标那一页。

我在公开课上让同学用Qiskit跑2-qubit Grover，搜索一个元素只需一次迭代，学生们目瞪口呆。“原来量子不只是科幻片特效器”——一位文科生的原话。

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量子测量：一次决断，信息显现

《三体》里写到，“毁灭你，与你何干？”这句话同样适用于测量：系统是否塌缩，观察者毫无情面。

测量把概率波瞬间坍缩为一个本征值。IBM Q System One给出的平均读出保真度已达99.2%，距离实用只差临门一脚。

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个人视角：核心技术的“木桶效应”

我常形容量子计算是一口木桶：量子比特是桶板，纠缠是木板间的咬合，纠错是箍紧的铁圈，算法是桶里要装的水。哪一块短板，水都会洒。

在2025上海量子产业大会，我调研了7家初创公司，发现它们把90%研发花在量子比特数量，但只有2家投入足够的纠错人才。或许谁先补齐纠错，谁就能赢下半个未来。

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新手如何迈出之一步？

别急着买超导稀释制冷机。我推荐路径：

1. 在IBM Quantum Composer网页上拖拽量子门，用3分钟造出之一个Bell态。
2. 阅读 Nielsen & Chuang《量子计算与量子信息》第二章，看懂4个基本量子门。
3. 用Python跑通Qiskit教程，把“Hello World”变成“Hello Quantum”。

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《量子理论：爱因斯坦与玻尔关于世界本质的伟大论战》里，玻尔说了句话：“如果量子力学没让你震惊，说明你还没真正理解它。”
而我要补上一句：一旦你开始亲手“拧”那些量子旋钮，震惊会立刻变成上瘾。