離子阱量子電腦架構示意圖
Picture come from doi:10.1038/s41578-021-00292-1
首先,量子電腦一定要有良好特徵的 qubit(上圖中左邊的球),良好特徵的意思就是這 qubit 需要是 [two level system](https://entangle-tech-7fa0bb.webflow.io/lesson/hardware-general-02)(TLS),即有兩個狀態,能量較低的狀態作為 $|0\rangle$ 與 $|1\rangle$,不過現實中沒有完美的 TLS,一定是有很多能階(像是原子),所以要從這麼多能階中挑出兩個能階最為計算用的 0 與 1。
有了一個 TLS 後就能實現單量子邏輯閘,在量子電腦中實現量子邏輯閘均是(除了光子與 topological)施加一道電磁波影響 qubit 的能階(圖中的紅色),以原子和離子為例,就是用雷射影響電子處在哪一個能階,而常用於控制 qubit 的方法有 [Rabi oscillation](https://entangle-tech-7fa0bb.webflow.io/lesson/hardware-general-04) (拉比震盪)與 [adiabetic passage](https://entangle-tech-7fa0bb.webflow.io/lesson/hardware-general-06)(絕熱通道),這將在這系列中做入門介紹。
如果要實現雙量子邏輯閘,像是 CNOT 與 SWAP,就有些麻煩。要有個神秘的力量在兩個 qubit 之間做影響(圖中的綠色曲線),當其中一個 qubit 的狀態改變,能夠過這神秘的力量影響到另一個 qubit,這神秘的力量稱作 "coupling"(耦合)。 Coupling 會視選定的物理系統而有所不同,像是離子的便是庫倫排斥力,因此在這系列中不會做介紹。
最後就是測量,常見的測量方法也是打一道電磁波(圖中的藍色光線)去影響 qubit,從電磁波的改變或是 qubit 的改變來判斷 qubit 是 0 還是 1,這部分原理上解釋起來較容易,測量方法也會視選定的物理系統而有所不同,因此也不會在這系列中做介紹。
做出了量子電腦後,要怎麼知道這台量子電腦的表現如何,相比其他量子電腦的表現如何?