1.1.1　硬件

一些不确定性阻碍着量子计算的大规模使用。此外，还需要强调的是，量子计算机不能解决所有问题。

量子计算所需的硬件离量产还尚远。生产适合量子计算机或量子协处理器的量子硬件极为困难。

本书中解释的量子计算的核心原理，是基于量子力学的核心原理之上的。量子力学研究自然界的基本粒子，通常被认为是物理最具挑战性的方向之一，而且它还在不断发展。一些出色的物理学家，包括阿尔伯特·爱因斯坦、马克斯·普朗克和路德维希·玻尔兹曼，都曾投入到量子力学理论的研究中。但是量子力学研究的一个重要问题是：通常很难检验理论与实际是否相符。但令人惊讶的是，科学家们创造了一些理论来预测一些尚未被观察到的粒子的存在。观察这些自然界的最小元素及其行为需要特殊的硬件设备。

在封闭的实验室环境中研究和操纵量子效应就已经十分困难。而在现实世界，以可控的方式利用这些量子效应则更是巨大的挑战。

现有的许多实验性量子计算机都基于超导原理，在非常低的温度（例如 10 毫开尔文，即约−273摄氏度）下运行，因此存在一些在室温下运行的经典计算机所没有遇到的实际限制。

本书对硬件进行了抽象。我们稍后会讨论，软件开发人员没有理由等到硬件准备好之后，才开始考虑最终应该在量子硬件上运行的软件算法。量子计算的原理可以通过量子计算机模拟器来理解和模拟。我们预计，只要核心量子概念相同，在量子计算机模拟器上编写的量子软件，也可以在真正的量子计算机上运行。

关于硬件

显然，硬件问题还未解决，通常人们预计，可用于解决目前经典计算无法解决的问题的硬件还需要数年方可上市。硬件解决方案需要支持大量可靠的量子位（量子计算的基本概念，本章稍后将详细讨论），这些量子位要能在合理的时间内使用，并且可以由经典计算机控制。

在撰写本书时，就已经有许多早期的量子计算机原型问世了。IBM有一台可通过云接口供公众使用的5量子位的量子计算机，而它提供给研究实验室和客户使用的量子计算机拥有更多的量子位。谷歌也有一台名为Bristlecone的量子处理器，包含72量子位。D-Wave和Rigetti等专业公司也有量子计算机原型机。

还需要提及的是，比较不同的量子计算机也并非易事。乍一看，量子位的数量像是最重要的标准，但这可能会产生误导。构建量子计算机的最大困难之一是尽可能长时间地保持量子状态。非常轻微的干扰都会破坏量子态，使量子计算机出现需要纠正的错误。