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| 14 自旋波：新的前沿 在IBM等巨头引领的企业成就和技术 进步中，学术界正在推动量子技术的能 力向前发展。大学和研究机构在量子 计算方面取得了重大进展，通过开创 性的实验和发现，为该领域的发展势 头做出了贡献。代尔夫特理工大学对 自旋波的开创性研究就是其中一例。 在该大学的一项开创性实验中， 量子物理学家成功利用超导体控 制和操纵了芯片上的自旋波。 自旋波是一种在磁性材料中发现的 信息传输波，长期以来一直被认为是 包括量子计算在内的高能效技术的 潜在基石。这项新进展为利用这些传 输波连接量子计算机的组件或创造 节能信息技术开创了新的可能性。 该实验采用了一种新颖的方法， 即自旋波产生磁场，促使超导体 产生超电流。超电流就像一面镜 子，将磁场反射回自旋波，从而 更精确地控制自旋波的运动。 这项研究为设计结合自旋波和超导体 的设备铺平了道路。这些设备产生的热 量和声波很小，从而促进诸如手机电 路中频率滤波器或谐振器等元器件的 发展。更重要的是，这项技术可以促进 量子计算机中量子比特之间的连接。 分子结构和量子模拟 另一项由学术界主导、令人兴奋的量 子计算发展，是其在原子尺度上模拟 分子结构的应用。这种能力有望彻 底改变各种基于化学的领域，包括 电池、药品和肥料的开发。通过精确 模拟分子间的相互作用，量子计算 机可以帮助设计出更高效的产品。 最近，普林斯顿大学的一组物理学家成 功地将单个分子纠缠在一起，创造出分 子间无论距离远近都可保持关联的量 子态。量子纠缠 (QE) 是量子物理学中 的一种现象，即粒子对或粒子群中存在 一种相互作用：这些纠缠的粒子无论相 隔多远，每个粒子的量子状态也不能独 立于其他例子的状态来描述。QE对于 量子计算的发展至关重要，因此，这一 发现对量子计算机的实际应用具有重 要意义。鉴于分子的复杂性，实现分子 的可控QE一直是一项持久的挑战。普 林斯顿大学的研究小组使用一种精密 的镊子阵列系统，成功地操纵了单个 分子进入纠缠态。该方法证明了分子作 为量子科学平台的可行性，特别是在 量子信息处理和复杂材料模拟方面。 Shor算法：数字因数 分解的巨大飞跃 当然，量子计算触及的领域远远超出 了微观范围。从模拟自然界的基本构 建块，到重新定义加密安全的本质，这 一飞跃说明了量子技术的多功能性， 并将引领我们走向Shor算法的进步。 1994年，麻省理工学院数学家Peter Shor提出了一种量子算法，可以显著 加快寻找质因数的过程，而质因数是 互联网通信中使用的数据加密方法 的关键组成部分。Shor算法是一种量 子算法，它对大数进行质因数分解的 速度远超经典算法，因而一直备受关 注。几十年来，它一直是量子计算机潜 能的证明。该算法突出了量子计算解 决目前经典计算机无法解决的问题 （如解密某些加密系统）方面的潜力。 不过，最近的进展引入了纽约大学 Oded Regev的一种新量子算法， 其效率有可能超过Shor算法。 Regev的算法在arXiv服务器上的预印 本中有详细介绍，它提出了一种更高效 的大数分解方法，有望减少所需的量子 门数量。这一进步可以使小型量子计 算机能够破解加密密钥，或者让大型 机器更快地解码密钥。该算法是30年 来Shor算法的首次实质性改进，将n位 整数所需的门数量从n2减少到n1.5。 新算法引起了量子计算界的兴趣，麻 省理工学院的Vinod Vaikuntanathan 和杜克大学的Kenneth Brown等 专家都认可了它的潜在影响。不 过，Regev的方法也存在着一些挑 战，尤其是它对量子存储器有较高要 求，这可能会增加算法的总体成本。 当然，随着量子计算的不断发展，互 联网加密可能会转向诸如格密码等 抗量子方法。尽管如此，像Regev和 Shor这样的算法仍然可以应用，比 如解密过去记录的互联网流量。也许 最重要的是，Regev所做工作的新颖 性有望激发量子密码学的进一步创 新，这是一个有待重大突破的领域。