量子计算机，自从1994年在实验室里出现首个原型，到现在二十多年了。量子计算机发展的最初20年，技术一直缓慢地在积累。人们尝试了离子阱，腔量子电动力学、超导电路、量子点，单光子，金刚石色心等很多个实验系统，但好像始终在研究如何实现两个量子比特的量子逻辑门，如何制备两个、三个量子比特的纠缠态什么的。光量子纠缠态从4个到6个，再到8个和10个光子，前后好像花了十五年吧。离子阱量子计算机的可控离子数目从两个增加到10个以上，也花了小二十年。目前最热门的超导量子计算机，在2005年前后量子比特的寿命不到100纳秒，两个量子比特逻辑门的保真度只有80%上下。
虽然从表面数字上量子计算机只是在缓慢的变化，但实际上技术还是在持续积累，人们对量子计算机的认识和信心也越累越强。2010年前后，超导量子计算机的技术开始迅猛发展，量子比特的寿命短短十年就从100纳秒提升到100微秒，同时逻辑门的保真度也迅速提升到99%以上，达到了容错量子计算的阈值以上。而离子阱系统中，在2011年也做出了14个离子的多体量子纠缠态。
工业界的投入让这个方向的发展步入了快车道，20多年的技术积累不是白费的，量子计算机无论是量子比特的数目，还是量子逻辑门的保真度都在快速提升。我记得IBM刚刚发布其量子云平台时，只包含5个量子比特，两个量子比特逻辑门的保真度只有95%左右。而2019年其最新发布的量子云平台，两量子比特逻辑门的保真度已经超过99%了。现在不论IBM还是谷歌都已经做出了60个量子比特以上的量子计算机，去年谷歌更是在其机器上演示了“量子霸权”的实验，验证了量子计算机可以超越经典计算机。
另一方面，在离子阱与超导量子计算机以外，基于硅基量子点与光子系统的量子计算也在蓬勃发展。比如说，低温下硅基量子点的相干时间被证明可以长达几个小时，而其工作温度也从10mK的超低温提升到了3K。开发硅基量子点量子计算机的公司，聘请了Martinis教授兼职，预计两年内可以做出超过10个量子比特的原型机。由于英特尔公司在硅基系统中有长久的积累，所以他们对此系统很有兴趣，这几年也投入了很多资源。
最近这一两个月IBM与谷歌都贴出了自己的量子计算机路线图。谷歌预计5年做出超过一千个量子比特的量子计算机，到2030年，做出超过一百万量子比特的，通用可容错的量子计算机。
上图展示的IBM的路线图，他们更加激进，预计3年做出超过1000个量子比特的量子计算机，
作为量子计算的创业公司，IonQ选择了离子阱作为技术路线，他们最近发布的量子计算机包含32个量子比特，逻辑门保真度很高，量子体积超过百万。而一年前，他们发布的量子计算机还只包含11个量子比特。一年提升3倍，这个发展速度还是很惊人的！根据IonQ公司CEO的说法，他们会每年让量子比特的数目翻一倍。这样到了2025年，离子阱量子计算机也可以达到1000个量子比特了。虽然这个新闻中没有包含技术细节，但是在9月24日，arXiv上预印本的论文中，Monroe组用13个离子阱的量子计算机演示了量子纠错算法。这个实验平台与IonQ公司用到的技术应该是大体相似的。离子阱量子计算机与超导量子计算机不同的地方在于，允许实现非紧邻的量子逻辑门，这可以极大的降低算法的复杂性。
综合各方消息，大概可以确认的是，到了2025年前后，我们可以做出一个量子比特数在1000个量级，两量子比特的量子逻辑门保真度99.7%的量子计算机。量子纠错和量子容错操作应该可以在此平台上得到演示与证明。而基于量子计算的一些初步的应用，也许就可以在此系统中得到演示或者验证。在通往容错量子计算的漫漫征途中，超导量子计算机、离子阱量子计算机、硅基量子点量子计算机等各种系统会相互竞争，共同促进量子计算机的快速发展。乐观点估计，在2030年后，人们也许真能做出100万个物理量子比特的量子计算机。
我儿子正在念小学，等他大学毕业开始工作，也许量子计算机程序员会成为他们那个时代最紧俏和吃香的职业。意识到这一点，我今天早饭时特意问了问他：以后想做量子计算程序员么？他表示完全听不懂，他以后的理想是做一名外科医生。好吧，外科医生也很不错，老铁没毛病！
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