1981年，诺贝尔奖获得者Richard Feynman挑战计算机科学家们开发基于量子物理的新一代计算机。从那以后，科学家就奋战于这样一种极伟大的挑战。
将量子物理用于计算科学的挑战极大，这部分的是因为量子信息极为脆弱，需要把量子冷冻到近乎绝对零度，还需要避免电磁射线的干扰以最小化错误。这与现代计算科学所用的方式方法截然不同，我们目前所用的整个计算基础设施必须被重新想象与重构。
挑战并未阻止物理学家和计算科学家们不断的尝试，并取得了大量的进展。事实上，我相信我们正在进入被视为量子计算研究的黄金时代。
量子计算是如此的重要，以至于要远比今天最快的超级计算机还要强大。
我在IBM的T.J.沃森研究实验室领导一组科学家和工程师，他们正处于开发首台真正量子计算机的前沿。
4月29日，这个团队在著名的科学杂志《Nature Communications》（《自然通讯》）上发布了一篇非常重要的论文，这篇文章介绍了在实现可行性量子计算机中的两个关键性进展（作者包括Antonio Corcoles、Easwar Magesan、Srikanth Srinivasan、Andrew Cross、Matthias Steffen、Jay Gambetta和Jerry Chow等）。
他们在史上第一次展示了同时检测和测量两种量子错误的能力，以及证实了一个基于新的量子比特的电路设计，这个设计可扩展用于构建大型芯片以制造计算机。这两个里程碑是非常激动人心的进展，它们基于IBM量子计算研究30年的历史。
与我们论文同时发布的，还有两篇也非常重要的相关文章，分别由加州大学Santa Barbara分校及荷兰Delft科技大学的研究者撰写。这个科研成就的三重奏表明学界正集中于量子计算最为有前途的方向，并在快速取得突破。
其它技术巨擘包括谷歌与微软也集合了科学家与高校的力量投入量子计算的研究。我们与这一领域最受尊敬的德国RWTH Aachen大学David DiVincenzo教授紧密合作，他也曾于1985年到2011年是IBM研究院的研究员。当他还在IBM的时候，David提出了可行性量子计算机的标准。
量子计算与计算机完全不同。传统的计算机使用比特，每个比特代表了“0”或“1”。而一个量子比特，可代表一个“1”，一个“0”，或同时代表这两个数字。因此，两个量子比特可同时代表“00”、“01”、“10”以及“11”四种状态，这被称为叠加现象。每增加一个量子比特，所表达的可能状态就会翻倍。因此，在任何一种计算中使用量子比特，都会比传统计算机更快。
为了执行正确的计算，量子比特必须保持量子力学状态足够的长，以便错误校正程序能进行校验。因此，挑战之一就是控制或移除量子去相干性，这是由于热或电磁射线干扰所引发的计算错误。
IBM研究小组在他们的实验中涉及了这个问题的一个方面。他们验证了用基于超导量子的4量子比特正方形栅格进行错误检测操作，这相当于1/4平方英寸。他们是首个检测及测量两种量子计算错误（比特位翻转错误及相位翻转错误）。而在之前，只能处理一种量子计算错误。接下来就是要校正量子错误，这是通往大型量子计算机的重要一步。
我们设计的电路基于正方形栅格，这对于扩展规模构建大型量子系统来说非常重要。作为第一个使用这种配置的研究团队（我相信这一领域的研究学者们都将采用这种方式），IBM团队将能加入更多量子从而制造出可工作的系统。我们已经在实验室里尝试使用8量子的正方形栅格。
我至今仍保留一张1981年在MIT召开的首届量子计算会议上的照片。在这次会议中，Feynman挑战科学家们研究量子计算机。Feynman后来写道，当时参会的60余名嘉宾相信“物理与计算在基础层面是相互依赖的”。照片里包括诺贝尔奖获得者Feynman和John Wheeler，以及一个德国计算机先驱人物Conrad Zuse。该照片里还有三个IBM成员，分别是RISC架构发明者John Cocke、量子加密技术先驱Charles Bennett和信息物理理论家Rolf Landauer。
我保留这张照片以便不断提醒自己，这么多跨学科、才华横溢的人在一起，把他们集体智慧贡献给这个世界上最具挑战性课题，所能产生的巨大可能性。他们中有参与了“曼哈顿”项目的，也有参与阿波罗计划的，现在他们又投身于开发量子计算机的挑战。
在每个挑战中，目标都在开始的时候看似遥不可及。但一次又一次，不可思议的科学家们证明了否定者的错误。量子计算的征程仍在进行中，但我相信IBM出色的团队，相信我们能第一个开发出可行的量子计算机，这将为个人、社会及未来的地球带来巨大的受益。
（本文翻译自IBM研究院Mark Ritter的博客）
