
经典计算机(也就是我们现在日常使用的计算机)的基本单元是晶体管,一个晶体管有0,1两个状态,所以可以看成一比特的存储(操作)单元,晶体管集成在硅片上的。摩尔定律是一个基于经验的预测(结合工业水平,社会财富各方面的因素),摩尔指出集成在硅片上的晶体管的数量大概每两年翻一倍。由于硅片是由硅原子构成的,集成在硅片上的晶体管数目最多也不能超过硅片上的硅原子的数量(不是那么严格地讲,可以把集成芯片看成是一堆晶体管插在一个薄片上面,那这样的话,没固定一个晶体管,至少需要数个硅原子,其实更多)。当一个硅片上集成的晶体管数目达到一定值之后,量子力学就开始起作用了,所以经典的集成晶体管的数目有个极限,也叫量子极限。现在随着集成在硅片上的晶体管数目不断逼近量子极限,摩尔定律的增速已经逐渐变缓,变成每2.5年翻一倍。
量子摩尔效应就是摩尔效应的在量子计算机上面的对应。在量子计算机里面,与晶体管(经典比特)相对于的东西就是量子比特。由于2010年以来,陆续有些不同的公司和实验室宣布演示了量子计算,所以人们逐渐获得了量子比特集成数量的经验数据。其中基于量子绝热计算(量子退火机)的量子计算机数据最早,在2010年左右就开始有了。其他的基于非绝热量子计算的量子计算机也在2014年之后开始有了数据。随着各个大公司,Google,Microsoft,IBM,intel的涌入,集成量子比特的数目不断增加。D-wave计算机的数据如下:
可以看到基本也是每两年翻一倍。
实际上,由于量子比特十分脆弱很容易受环境影响而失效,通常需要构建容错的量子比特,也就是说一量子比特的信息编码在多个量子比特上,所以要造出实际可用的量子计算机,必须要构建容错量子计算机,但这方面还没有足够的数据来佐证,基本都是预测。
所以一言以蔽之,量子摩尔定律就是指量子计算机的可操作量子比特数目大约每两年翻一倍。
