一家中国初创公司公布了销售价格低于5000美元的台式量子计算机的计划。这款新的便携式设备是SpinQ系列产品之一，面向学校和大学。它由总部位于中国深圳的深圳信为科技有限公司制造。
这不是该公司第一次制造量子计算机。去年，该公司开始销售一款售价约50000美元的台式量子计算机。考虑到该设备的重量高达55公斤（121磅），大约相当于一个小孩的体重，那么它所在的桌子需要坚固。
但这款新机器将更简单、更便携、更便宜。“预计这款简化版将于2021年第四季度发布，以便让全球大多数K-12学校都能负担得起，”该设备背后的团队表示。
该机器的价格与商用量子计算机形成鲜明对比，后者价格可能高达1000万美元，并且可以处理超过50个量子比特。
相比之下，SpinQ机器的性能要弱得多，只能处理2个量子比特，并且依赖于一种完全不同的技术，称为核磁共振。该技术的工作原理是将经过特殊选择的分子捕获在强大的磁场中，然后用射频脉冲对其进行激励，以操纵其原子自旋。
在每组射频脉冲之后，原子会松弛并发出自己的射频信号，这些信号会揭示它们的新状态。通过这种方式，可以翻转原子的自旋——相当于将0转换为1——并使相邻原子的自旋相互作用，从而模拟数学运算，并最终记录结果。
SpinQ机器的核心化合物是亚磷酸二甲酯，这是一种四面体分子，由一个磷原子、一个氢原子、一个氧原子和两个CH3O基团组成。在室温下，它呈无色液体状。
亚磷酸二甲酯是理想的，因为磷原子和氢原子相互键合且足够近，可以相互作用，同时又能独立地被操纵。
为了确保来自氢原子和磷原子的射频信号足够强以便被接收，必须使用大量的分子，大约10^15个。这需要几滴液体，这些液体位于强大磁场中心的微小瓶子里。
这项技术已经得到了很好的理解，并且长期以来一直用于制作人体医学图像。事实上，20世纪90年代建造的第一批量子计算机就采用了完全相同的方法。
超导磁体
当时，这种方法很昂贵，因为产生足够强度的磁场只能通过强大的超导磁体来实现。这些磁体必须冷却到液氦的温度，这是一项艰巨的任务，需要昂贵而笨重的设备。
但SpinQ团队改用永磁体。这些磁体现在可以产生高达1特斯拉的磁场强度，比地球磁场强数万倍。
对于量子计算来说，磁场也必须高度规则。因此，该团队采用了一种称为“匀场”的技术，该技术会产生另一个磁场，能够抵消强磁场中的任何不规则性。其结果是产生一个极其强大且规则的磁场。
就是这样。该机器只需要连接到一台普通的计算机，并配备能够控制它的软件。
尽管它只处理2个量子比特，但SpinQ设备能够执行一些典型的量子计算。例如，它可以实现Grover算法的一个版本，该算法比经典算法能更快地搜索数据库。
只有2个量子比特，这些算法的强大程度都不会超过经典计算机。事实上，它们相差甚远。但关键在于演示量子计算，并允许学生亲自尝试。
SpinQ团队表示，他们已经将之前设计的SpinQ Gemini运送到了加拿大、台湾和中国的机构。但每台50000美元的价格，这些地方都需要有充足的资源。
因此，该公司将于今年晚些时候推出基于相同平台的更便宜的版本。该公司还在开发一款功能更强大的设备，可以处理3或4个量子比特。
然而，这些设备永远无法匹配谷歌、IBM、微软等公司正在开发的量子计算机的强大功能。基于核磁共振的量子计算的一个缺点是，这些机器最多只能处理十几个量子比特。事实上，关于这类计算是否真正是量子计算的，一直存在一些争论。
但SpinQ设备的制造商不太可能因此而受到影响。他们的目标是教育。“我们相信，低成本便携式量子计算机产品将有助于在各个层面上推动量子计算教学的实践经验，”他们说。
参考文献：arxiv.org/abs/2101.10017：SpinQ Gemini：用于教育和研究的台式量子计算机
