從理論到實踐:量子歷史八十年

xupeace 2016-08-23

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1. 【1935】 EPR悖論

阿爾伯特·愛因斯坦，鮑里斯·波多爾斯基，和納森·羅森提出對量子體系完備性的質(zhì)疑。

2. 【1964】貝爾不等式

約翰·貝爾認為，量子機器將有著與現(xiàn)實中的定理(比如經(jīng)典物理學)有著完全不同的觀測效應(yīng)，后來，這些觀點得到了很多來自不同團隊的實驗驗證，這其中值得關(guān)注的實驗包括：斯圖爾特·弗里德曼和約翰·克勞澤在1972年的工作，阿蘭·阿斯佩及其合作者在1981年至1982年的重要工作，還有最近的“l(fā)oophole-free”實驗(分別由3個不同的團隊在2015年完成)。

3. 【1970】量子信息學誕生

當查理·貝內(nèi)特還是哈佛大學一名學生的時候，在一次和斯蒂芬·威斯納的談話中首次提到“量子信息學”，并建議使用量子糾纏態(tài)來實現(xiàn)通信，而在之后的1992年，斯蒂芬和查理使其發(fā)展成為了量子通信的編碼基礎(chǔ)，但是在早期的版本中，他們錯誤的認為接收方可以單一的接收到一個量子比特位，但不能同時接收到兩個，而實際上，通過對糾纏態(tài)的測量，可以同時接收到兩個量子比特位。

4. 【1970】量子貨幣

斯蒂芬·威斯納首次發(fā)現(xiàn)利用不確定性原理的量子位可以作為一種不可能被偽造的貨幣，而這種貨幣受到的是自然定律的約束和保護，而不確定性原理則成為其中的工具而不是障礙。

5. 【1981】 MIT聯(lián)合IBM第一次舉辦量子物理計算大會

在這次會議期間，諾貝爾物理學獎獲得者理查德·費曼對科學家們正在研發(fā)的量子計算機提出了物理學上的質(zhì)疑，而同時，科學家們則在努力的克服相應(yīng)的挑戰(zhàn)。

6. 【1982】首次發(fā)現(xiàn)量子拓撲序

崔琦，霍斯特·施特默，亞瑟·戈薩德發(fā)現(xiàn)了分數(shù)量子霍爾效應(yīng)，而他們的發(fā)現(xiàn)獲得了1998年諾貝爾物理學獎。這個重要的發(fā)現(xiàn)顯示，在超低溫環(huán)境下，量子物質(zhì)會形成與宏觀狀態(tài)下性質(zhì)完全不同的高度糾纏態(tài)，但對觀察者而言似乎完全沒有區(qū)別----一種量子拓撲序?qū)傩浴?/p>

7. 【1984】量子密碼(IBM)

查理·貝內(nèi)特和吉爾斯·布拉薩德提出了一種基于自然定律的加密算法（量子力學），而不是依靠一種數(shù)學理論基礎(chǔ)的密碼實現(xiàn)。

8. 【1993】量子隱形傳輸

查理·貝內(nèi)特和合作者們提出量子信息可以從一個地方傳輸?shù)搅硗庖粋€地方，而僅僅使用到量子糾纏態(tài)的原理和一個經(jīng)典通信信道。量子隱形傳輸編碼已經(jīng)成為了一種重要的基本操作而廣泛的應(yīng)用在量子算法和量子糾錯協(xié)議中。

9. 【1994】秀爾分解算法

皮特·秀爾提出一種能將合數(shù)分解成素數(shù)的高效的量子算法，大整數(shù)的素數(shù)分解是一個傳統(tǒng)計算機中的困難問題，秀爾算法第一次展示出量子計算機在處理這類問題的具有更大優(yōu)勢，并且?guī)恿撕芏嘣谠擃I(lǐng)域上理論與實驗的研究。

10. 【1995】量子糾錯

在1995年到1996年，一個漂亮的關(guān)于量子糾錯的定理出現(xiàn)在了世界上的好幾個地方，包括IBM，這個定理說，雖然我們無法復制量子信息，但是我們可以使用一個較小的冗余信息來對量子信息進行糾錯，量子糾錯理論讓制備量子計算機的實現(xiàn)更具有了可能性。

11. 【1996】 DiVincenzo量子計算機標準

大衛(wèi)·迪文森佐提出了在物理學上要實現(xiàn)量子計算機的必須的5條判據(jù)，這如今已經(jīng)成為了量子計算機的迪文森佐標準，并已經(jīng)影響到了很多構(gòu)建在量子計算機上的實驗程序。該標準包括：（1）定義良好的可擴展量子位陣列；（2）初始化量子位到簡單的基準態(tài)，比如|000…>；（3）通用的量子門；（4）長的退相干時間，必須比門操作的時間長很多；（5）單量子比特測量。

12. 【1997】量子拓撲碼

量子拓撲碼是一種可以被嵌入到二維網(wǎng)格量子位的量子糾錯碼，可以讓所有的奇偶校驗操作都得以在本地進行。第一種拓撲碼，是阿列克謝·基塔耶夫在1997年提出的表面碼，這種表面碼被認為是實現(xiàn)可擴展性的容錯量子計算機中最有前途的拓撲碼。

13. 【2001】量子算法分解15

秀爾算法第一次在量子計算機上實現(xiàn)，盡管是一個非常小的整數(shù)，3x5=15。這個系統(tǒng)使用了核自旋量子位，和MRI類似，它被稱為NMR量子計算機。

14. 【2004】量子電路

羅伯特·薛爾考普夫和他的合作者在耶魯大學發(fā)明了QED電路，其中的超導量子位是一種位于微波腔中的強相干光子。這是一個突破性的進展，他展示了如何在一個芯片上讓原子發(fā)生干涉。耶魯大學領(lǐng)導的這項工作開啟了很多新的可能的方向，而其中的量子電路耦合方案也成為了耦合標準，宣讀量子比特的系統(tǒng)也開始形成規(guī)模。