凝聚态物理的研究对量子计算的发展有何贡献？

在其核心，所有类型的计算都涉及到操作和/或测量一个物理对象。经典计算中的“1”和“0”并不是抽象的概念，而是在硅芯片(晶体管)上制造的纳米级器件，通过电压可以开启和关闭电流，从而区分“1”和“0”。类似地，量子计算也有量子位(qubits)，通常是由已建立的凝聚态物理描述的固态物体。此外，量子计算的未来发展依赖于新的基本凝聚态物理来建立新的类型的量子位，而这些量子位目前还不存在。

许多现有的量子计算机(先不谈关于其“量子性”的争论)都有基于超导体的量子位元。超导体有许多特性，包括对电流的零电阻和参与的电子对之间的相相干性，这意味着它们的波状性质是相互同步的。后者是使超导体对量子计算有用的方面，不像人们可以编造的其他各种零电阻状态。超导性开始于1911年，是凝聚态物理学的一个核心研究问题(尽管这个领域当时还不存在这个名字)——一块普通的金属如何在足够低的温度下突然失去它的电阻?这个问题在20世纪50年代末得到了解决(1972年诺贝尔奖:BCS理论)。也是在这个时候，约瑟夫森效应被提出(1973年诺贝尔奖)，它建立了超导电子对的量子隧穿理论，这是目前使用的大多数quibits。在基础材料物理学建立20年后的20世纪90年代，人们意识到超导体可以用来制造量子位元。

虽然现有的凝聚态物理学对现有量子计算机中使用的超导体有很好的理解，但未来量子计算机的超导系统仍是基础研究中一个非常活跃的领域。其原因是现有的平台在纠错方面存在问题，而且容易受到环境干扰的影响(其中一个原因是它们需要被冷却到非常低的温度，远低于其组成材料实际上变成超导的温度)。拓扑量子计算，使用被称为任意子的外来粒子的“编织”(多重交换)，可能是一种解决方案。然而，对于基础科学来说，实现这些粒子并弄清楚如何编织它们仍然是一个挑战。一个地方,这些粒子可能是意识到在异国情调的超导体,散装材料,超导的行为以奇怪的方式,或franken-materials常规束缚超导体之间的接口和材料不同寻常的电子行为可以实现一个奇异的超导状态。这两种情况都可以在超导体的边界/末端实现一种被称为“马约拉纳费米子”的特殊类型的anyon。尽管这个领域的基础研究的希望应用一种新的quibit,没有结果,凝聚态物理的研究人员在这一领域仍发现新材料与奇异的现象和发现新的“粒子”中没有自由的空间,所有的这些知识和进步可能会应用。

最后，需要指出的是，还有其他量子计算方案，包括光子量子计算(相邻的凝聚态物质，因为光粒子需要来自某个地方)、捕获离子和冷原子。