ตัวนำยิ่งยวด ไอออนที่กักขัง อะตอมเป็นกลาง โฟโตนิก สปิน และอีกมากมาย: เปรียบเทียบรูปแบบคิวบิต

การเปรียบเทียบเชิงปฏิบัติของรูปแบบคิวบิตชั้นนำ—ตัวนำยิ่งยวด, ไอออนที่กักขัง, อะตอมเป็นกลาง, โฟโตนิก, สปิน, โทโพโลยี และการอบควอนตัม.

หน้านี้แปลจากภาษาอังกฤษ โดยชื่อบริษัท ชื่อผลิตภัณฑ์ และลิงก์แหล่งข้อมูลยังคงเดิม อ่านต้นฉบับภาษาอังกฤษ

รูปแบบคิวบิตที่แตกต่างกันล้วนมุ่งไปสู่เป้าหมายเดียวกัน—บิตควอนตัมและเกตที่ควบคุมได้—แต่เลือกเดิมพันทางวิศวกรรมที่ต่างกันมาก บางแนวทางให้ความสำคัญกับความสามารถในการผลิต บางแนวทางเน้นเวลาโคฮีเรนซ์หรือคุณภาพการวัด ขณะที่บางแนวทางมุ่งหวังความทนทานต่อข้อผิดพลาดโดยเนื้อแท้ หรือมุ่งแก้ปัญหาการหาค่าเหมาะที่สุดแทนการประมวลผลแบบเกตโมเดลเพื่อใช้งานทั่วไป

ทำไม “รูปแบบคิวบิต” จึงสำคัญ

คิวบิตคือระบบควอนตัมสองระดับใด ๆ ที่ควบคุมได้ ในทางปฏิบัติ คำนิยามกว้าง ๆ นี้นำไปสู่ฮาร์ดแวร์ที่แตกต่างกันมาก ไม่ว่าจะเป็นวงจรตัวนำยิ่งยวดบนชิป ไอออนที่แขวนลอยอยู่ในกับดักแม่เหล็กไฟฟ้า อะตอมเป็นกลางที่จัดเรียงด้วย optical tweezers โฟตอนที่เดินทางผ่านเครือข่ายเชิงแสง สปินในอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ และระบบที่ยังเป็นแนวคิดมากกว่าอย่างระบบที่อาศัยแอนไอออน

ตัวเลือกเหล่านี้สำคัญเพราะตัวประมวลผลที่ใช้งานได้จริงต้องการมากกว่าแค่คิวบิต ไม่ว่าสถาปัตยกรรมใด ข้อกำหนดที่พบซ้ำ ๆ ได้แก่ ความสามารถในการตั้งสถานะเริ่มต้นให้คิวบิต ใช้ชุดเกตสากล รักษาข้อมูลควอนตัมให้นานพอสำหรับการคำนวณ วัดผลลัพธ์ได้อย่างแม่นยำ และขยายสู่ระบบที่ใหญ่ขึ้น ไม่มีรูปแบบใดเหนือกว่าทุกด้านพร้อมกัน

วิธีมองภาพรวมของวงการนี้ที่เป็นประโยชน์คือ แต่ละแพลตฟอร์มกำลังปรับให้เหมาะกับคอขวดคนละแบบ ระบบตัวนำยิ่งยวดอาศัยกระบวนการผลิตชิปที่มีอยู่แล้ว และกลายเป็นแนวทางอุตสาหกรรมหลักสำหรับหน่วยประมวลผลควอนตัม ไอออนที่กักขังโดดเด่นด้านความแม่นยำของปฏิบัติการ อะตอมเป็นกลางให้แถวลำดับที่หนาแน่น ปรับเปลี่ยนการจัดวางได้ และมีอันตรกิริยาแรงผ่าน Rydberg blockade ระบบโฟโตนิกได้เปรียบจากการที่โฟตอนเหมาะกับการสื่อสารโดยธรรมชาติ สปินคิวบิตพยายามใช้ประโยชน์จากการผลิตสารกึ่งตัวนำกระแสหลัก การประมวลผลควอนตัมเชิงโทโพโลยีสัญญาความทนทานในตัว แต่สถานะเชิงทดลองยังไม่ลงตัว ส่วนการอบควอนตัมนั้นต่างออกไปอีก เพราะมุ่งแก้ปัญหาการหาค่าเหมาะที่สุด ไม่ใช่สแตกการคำนวณแบบเกตโมเดลเต็มรูปแบบ

มองเทียบกันแบบด้านต่อด้าน

รูปแบบ	พาหะทางกายภาพ	เกต/อันตรกิริยาทำงานอย่างไร	จุดแข็งเด่น	ความท้าทายหรือข้อควรระวังหลัก
ตัวนำยิ่งยวด	วงจรตัวนำยิ่งยวดที่ความถี่ไมโครเวฟพร้อม Josephson junctions	พัลส์ไมโครเวฟสำหรับเกตคิวบิตเดี่ยว; การแลกเปลี่ยนเชิงสอดคล้องหรือการคัปปลิงแบบพาราเมตริกสำหรับเกตสองคิวบิต	เป็นสถาปัตยกรรมอุตสาหกรรมหลัก; เข้ากันได้กับการผลิตแบบโซลิดสเตต; มีรายงานตัวประมวลผลเกิน 1,000 คิวบิตแล้ว	ต้องใช้อุณหภูมิต่ำมาก; ในอดีตโคฮีเรนซ์สั้น แม้จะดีขึ้นมากแล้ว
ไอออนที่กักขัง	อะตอมที่มีประจุซึ่งถูกกักไว้ด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า	เลเซอร์ขับการเปลี่ยนสถานะของคิวบิตเดี่ยว และเชื่อมสถานะภายในเข้ากับการเคลื่อนที่ร่วมเพื่อสร้างภาวะพัวพัน	แสดงปฏิบัติการพื้นฐานได้ด้วยความแม่นยำสูงที่สุด; การตั้งต้นและการอ่านค่าสมรรถนะสูง	การขยายจำนวนไอออนจำนวนมากในกับดักเดียวทำได้ยาก; การเคลื่อนที่ซับซ้อนขึ้นเมื่อระบบใหญ่ขึ้น
อะตอมเป็นกลาง	อะตอมที่ทำให้เย็นด้วยเลเซอร์ มักอยู่ใน optical tweezers	เลเซอร์สำหรับควบคุมคิวบิตเดี่ยว; Rydberg blockade สำหรับเกตพัวพันอย่าง CZ	อันตรกิริยาแรงและเปิดปิดได้; มีรายงานความเที่ยงตรงคิวบิตเดี่ยวสูงถึง 0.999; สาธิต 48 logical qubits แล้ว	ต้องควบคุมเลเซอร์อย่างแม่นยำและมีเงื่อนไขระยะห่างใกล้สำหรับเกตที่อาศัย blockade
โฟโตนิก / LOQC	โฟตอนในโหมดเชิงแสง	องค์ประกอบเชิงแสงเชิงเส้นร่วมกับตัวตรวจจับ ancilla การเทเลพอร์ต และการแก้ไขข้อผิดพลาดในแบบ KLM	เหมาะโดยธรรมชาติกับการส่งผ่าน; โดยหลักการทำคอมพิวต์สากลได้; เข้ากับงานสื่อสารได้ง่าย	โฟตอนมีอันตรกิริยาต่อกันอ่อน จึงทำให้ลอจิกสองคิวบิตใช้ทรัพยากรมากและไม่เป็นดีเทอร์มินิสติก
สปินคิวบิต	สปินของอิเล็กตรอนหรือโฮลในอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ มักเป็น quantum dots	การแลกเปลี่ยนผ่านแรงดันระหว่างจุดที่พัลส์ควบคุม; การหมุนสปินเฉพาะที่สำหรับลอจิก	ใช้โรงงานผลิตเวเฟอร์ซิลิคอนมาตรฐานอุตสาหกรรมได้; บางอุปกรณ์ทำงานที่อุณหภูมิไม่กี่เคลวิน	ต้องควบคุมระยะห่างของระดับพลังงาน จังหวะเวลาพัลส์ และการสูญเสียสภาพเชิงควอนตัมอย่างเข้มงวด
โทโพโลยี	แอนไอออนในระบบสองมิติ โดยคำนวณผ่านการถักเส้นทาง	การถัก world lines ของแอนไอออนทำหน้าที่เป็นเกต	โดยหลักการแล้วทนทานต่อความผิดพลาดเล็กน้อยของเส้นทาง; เป็นเส้นทางที่เสนอไว้สู่ fault tolerance	แอนไอออนไม่เอบีเลียนที่จำเป็นยังเป็นประเด็นถกเถียงในเชิงทดลอง
การอบควอนตัม	ระบบควอนตัมที่วิวัฒน์ตามเวลาเพื่อแก้ปัญหาการหาค่าเหมาะที่สุด มักคล้าย Ising	เปลี่ยน transverse field อย่างช้า ๆ เพื่อค้นหาคำตอบพลังงานต่ำ	สร้างมาเพื่อการหาค่าเหมาะที่สุดเชิงจัดหมู่; มีระบบเชิงพาณิชย์แล้ว	ยังไม่ทราบว่าเทียบเท่ากับการคำนวณควอนตัมแบบเกตโมเดลสากลหรือไม่

คิวบิตตัวนำยิ่งยวด: ได้เปรียบด้านการผลิต แต่มีภาระด้านไครโอเจนิกส์

การประมวลผลควอนตัมแบบตัวนำยิ่งยวดใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ตัวนำยิ่งยวด โดยทั่วไปเป็นวงจรที่ความถี่ไมโครเวฟพร้อม Josephson junctions สร้างบนชิปโซลิดสเตต Josephson junction เป็นองค์ประกอบที่ไม่เป็นคลาสสิกที่สำคัญ เพราะความเหนี่ยวนำแบบไม่เชิงเส้นของมันทำให้ระยะห่างระดับพลังงานไม่เท่ากัน ซึ่งช่วยให้วิศวกรเลือกใช้งานสองระดับต่ำสุดเป็นคิวบิตได้

ข้อได้เปรียบที่ชัดที่สุดของรูปแบบนี้คือความสามารถในการผลิตจริงในเชิงปฏิบัติ มันเป็นแนวทางแบบโซลิดสเตตและยืมวิธีการผลิตจากอุตสาหกรรมชิปแบบดั้งเดิม บทความเรื่องการประมวลผลควอนตัมแบบตัวนำยิ่งยวดอธิบายว่านี่คือวิธีการอุตสาหกรรมหลักในการสร้าง QPUs โดยมีงานจากบริษัทต่าง ๆ เช่น Google, IBM, IMEC, BBN Technologies, Rigetti และ Intel

สิ่งที่ต้องแลกมากที่สุดคือสภาพแวดล้อมที่มันต้องการ เนื่องจากภาวะตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นได้เฉพาะที่อุณหภูมิต่ำมาก ระบบเหล่านี้จึงต้องทำงานภายใต้สภาวะเย็นจัดเป็นพิเศษ และยังต้องเผชิญความท้าทายทั่วไปเรื่องการสูญเสียสภาพเชิงควอนตัมด้วย บทความเรื่องการประมวลผลควอนตัมแบบตัวนำยิ่งยวดระบุว่า คิวบิตตัวนำยิ่งยวดในยุคแรกมีเวลาโคฮีเรนซ์สั้นกว่าหนึ่งนาโนวินาที ทำให้การคำนวณแทบใช้การไม่ได้ แต่เวลาโคฮีเรนซ์ดีขึ้นราวห้าลำดับขั้นภายในสองทศวรรษ Transmon ซึ่งเปิดตัวในปี 2007 เพื่อลดความไวต่อสัญญาณรบกวนของประจุ กลายเป็นดีไซน์หลักและมีเวลาโคฮีเรนซ์ถึง 10–100 ไมโครวินาที ฟลักโซเนียมคิวบิตหนึ่งตัวมีเวลาโคฮีเรนซ์เกิน 1 ms ในปี 2021 และภายในปี 2025 superconducting transmons ก็มีเวลาโคฮีเรนซ์ระดับมิลลิวินาทีเช่นกัน

ในแง่ของขนาด ฮาร์ดแวร์ตัวนำยิ่งยวดนำอยู่ในปัจจุบันเมื่อวัดจากจำนวนคิวบิตดิบ: ภายในปี 2025 ตัวประมวลผลมีจำนวนเกิน 1,000 คิวบิตแล้ว โดย IBM Condor อยู่ที่ 1,121 คิวบิต แหล่งข้อมูลเดียวกันยังอ้างถึงคำกล่าวอ้างของ Google ในปี 2019 เรื่อง random circuit sampling บน Sycamore และการประกาศในปี 2025 ถึงหนึ่งในความได้เปรียบเชิงควอนตัมที่ตรวจสอบได้อย่างอิสระชุดแรกโดยใช้ Willow ถึงกระนั้น การสาธิตเหล่านั้นก็ยังไม่ชี้ขาดคำถามที่ใหญ่กว่าว่า รูปแบบใดจะดีที่สุดสำหรับการคำนวณที่มีประโยชน์และทนต่อข้อผิดพลาด

ไอออนที่กักขัง: ความแม่นยำมาก่อน การขยายระบบตามมา

คอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบไอออนที่กักขังเก็บคิวบิตไว้ในสถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียรของไอออนซึ่งถูกกักในอวกาศอิสระด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ภาวะพัวพันถูกถ่ายทอดผ่านการเคลื่อนที่เชิงควอนตัมร่วมของไอออน และเลเซอร์ทำหน้าที่ควบคุมทั้งปฏิบัติการคิวบิตเดี่ยวและสองคิวบิต

จุดดึงดูดหลักของแนวทางนี้คือความแม่นยำ บทความเรื่องคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบไอออนที่กักขังระบุว่า ปฏิบัติการพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้รับการสาธิตเชิงทดลองด้วยความแม่นยำสูงที่สุดในระบบไอออนที่กักขัง การตั้งต้นผ่าน optical pumping ทำได้เกิน 99.9% fidelity การวัดเกิน 99.99% single-qubit gate fidelity สูงกว่า 99% และการทำ entangling gate ก็เกิน 99% เช่นกัน

ความท้าทายคือการขยายขนาด ไอออนหลายตัวในกับดักเดียวมีอันตรกิริยากันผ่านแรงคูลอมบ์ และเมื่อเพิ่มจำนวนไอออน โครงสร้างการสั่นจะซับซ้อนขึ้น ทำให้ทั้งการตั้งต้นและการคำนวณยากขึ้น ดังนั้นแนวคิดด้านการขยายระบบของวงการนี้จึงมุ่งไปที่ความเป็นโมดูล เช่น การขนย้ายไอออนไประหว่างส่วนต่าง ๆ ของกับดัก การใช้แถวกับดักสองมิติ หรือการเชื่อมโซ่ไอออนระยะไกลเข้าด้วยกันด้วยโฟตอน ณ เดือนธันวาคม 2023 ชุดไอออนที่กักขังซึ่งสร้างภาวะพัวพันแบบควบคุมได้ที่ใหญ่ที่สุดที่มีรายงานคือ 32 ไอออน

สิ่งนี้ทำให้ไอออนที่กักขังเป็นผู้สมัครที่แข็งแกร่งสำหรับการประมวลผลควอนตัมสากล แต่เป็นแนวทางที่แรงวิศวกรรมไปกองอยู่ที่สถาปัตยกรรมและการบูรณาการระดับระบบ มากกว่าการพิสูจน์คุณภาพของปฏิบัติการพื้นฐาน

อะตอมเป็นกลาง: อาร์เรย์ที่ปรับเปลี่ยนได้และฟิสิกส์ blockade ที่รุนแรง

การประมวลผลควอนตัมแบบอะตอมเป็นกลางมีลักษณะบางอย่างร่วมกับไอออนที่กักขัง แต่เปลี่ยนจากอนุภาคมีประจุมาเป็นอะตอมที่ทำให้เย็นด้วยเลเซอร์ ซึ่งมักควบคุมใน magneto-optical traps และ optical tweezers คิวบิตถูกเข้ารหัสไว้ในระดับพลังงานของอะตอม เตรียมสถานะด้วย optical pumping ควบคุมด้วยเลเซอร์หรือสนามความถี่ไมโครเวฟ และวัดด้วยการถ่ายภาพการเรืองแสง

กลไกเด่นเฉพาะของแนวทางนี้คือ Rydberg blockade เมื่ออะตอมถูกกระตุ้นขึ้นสู่สถานะ Rydberg ที่มีพลังงานสูงมาก อันตรกิริยาระหว่างกันอาจแรงขึ้นอย่างมาก บทความเรื่องคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบอะตอมเป็นกลางยกตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมว่า ที่ระยะห่าง 10 ไมโครเมตร อันตรกิริยาระหว่างอะตอมสองตัวในสถานะพื้นอยู่ราว 10^-5 Hz ขณะที่อันตรกิริยาระหว่างอะตอมสองตัวที่ถูกกระตุ้นเป็นสถานะ Rydberg อยู่ราว 100 MHz ในระบอบ blockade การกระตุ้นอะตอมตัวหนึ่งจะขัดขวางไม่ให้อะตอมใกล้เคียงถูกกระตุ้นไปยังสถานะ Rydberg เดียวกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งก่อให้เกิดกลไกสร้างภาวะพัวพันที่ควบคุมได้

ความแรงของอันตรกิริยานี้เป็นฐานให้กับเกตควบคุมสองคิวบิตที่ทำงานได้เร็ว เช่น CZ ขณะที่ความเที่ยงตรงของคิวบิตเดี่ยวก็ถูกแสดงให้เห็นว่าสูงได้ถึง 0.999 ในการทดลองระดับแนวหน้า บทความเรื่องคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบอะตอมเป็นกลางยังระบุว่า แนวทางนี้ถูกใช้สาธิตตัวประมวลผล 48 logical qubits แล้ว ณ เดือนธันวาคม 2023

สิ่งที่ต้องแลกคือความซับซ้อนในการควบคุม: เกตแบบ blockade ขึ้นกับเรขาคณิต การดีจูน และความแม่นยำของเลเซอร์ ถึงอย่างนั้น อะตอมเป็นกลางยังโดดเด่นจากการผสานอาร์เรย์ที่ปรับเปลี่ยนการจัดวางได้เข้ากับอันตรกิริยาสร้างภาวะพัวพันแบบเนทีฟที่จะแรงขึ้นเฉพาะเมื่อจำเป็น

การประมวลผลแบบโฟโตนิก: เหมาะกับการสื่อสารโดยธรรมชาติ แต่อันตรกิริยาต่ำ

การประมวลผลควอนตัมแบบโฟโตนิกหรือเชิงแสงเชิงเส้นใช้โฟตอนเป็นตัวพาข้อมูล และประมวลผลด้วยองค์ประกอบเชิงแสง เช่น กระจก beam splitters phase shifters ตัวตรวจจับ และหน่วยความจำควอนตัม

เสน่ห์ของแนวทางนี้เห็นได้ชัด โฟตอนเหมาะโดยธรรมชาติสำหรับการแทนสถานะควอนตัม การส่งผ่าน และการตรวจจับสถานะควอนตัม ซึ่งทำให้ระบบโฟโตนิกน่าสนใจเมื่อการคำนวณและการสื่อสารต้องอยู่ในกรอบเดียวกัน บทความเรื่อง linear optical quantum computing ยังระบุด้วยว่า เครือข่ายเชิงแสงเชิงเส้นสามารถทำการแปลงยูนิทารีใด ๆ ก็ได้ และโดยหลักการแล้วการคำนวณควอนตัมสากลก็เป็นไปได้

แต่โฟตอน “แทบไม่มีอันตรกิริยาต่อกัน” และนั่นคือปัญหาทางวิศวกรรมหลัก ลอจิกสองคิวบิตจึงทำได้ยากโดยตรงและอาจกินทรัพยากรมาก โปรโตคอล KLM แก้ปัญหานี้โดยแสดงในปี 2000 ว่าการคำนวณควอนตัมสากลสามารถสร้างขึ้นจากองค์ประกอบเชิงแสงเชิงเส้น แหล่งกำเนิดโฟตอนเดี่ยว ตัวตรวจจับ ancilla states การเทเลพอร์ต และการแก้ไขข้อผิดพลาด ซึ่งโดยผลคือสร้างพฤติกรรมไม่เชิงเส้นที่ใช้งานได้ผ่านการวัดและ post-selection สิ่งนี้ทำให้ LOQC มีอนาคต แต่ก็มักไม่เป็นดีเทอร์มินิสติกและอาจไม่มีประสิทธิภาพด้านทรัพยากร

บทความเรื่อง linear optical quantum computing ยังแยก boson sampling ออกมาต่างหาก โดยระบุว่าโดยทั่วไปไม่เชื่อว่าเป็นแบบสากล แต่ถูกใช้ในการสาธิตแนว quantum supremacy

สปินคิวบิต: ใช้ความเข้ากันได้กับสารกึ่งตัวนำเป็นยุทธศาสตร์

การประมวลผลควอนตัมแบบสปินคิวบิตเก็บข้อมูลไว้ในสปินของตัวพาประจุในอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ โดยเฉพาะอิเล็กตรอนที่ถูกกักใน quantum dots ประเด็นเชิงยุทธศาสตร์ที่สำคัญคือความเข้ากันได้กับการผลิตสารกึ่งตัวนำกระแสหลัก บทความเรื่องคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบสปินคิวบิตระบุว่า สปินคิวบิตที่อาศัยอะตอมซิลิคอนสามารถผลิตได้ในโรงงานเวเฟอร์ซิลิคอนมาตรฐานอุตสาหกรรมที่ใช้ผลิตชิปตรรกะ

ข้อเสนอของ Loss–DiVincenzo ใช้แรงดันเกตระหว่างจุดแบบพัลส์เพื่อควบคุมอันตรกิริยาแลกเปลี่ยน และใช้การจัดการสปินเฉพาะที่เพื่อสร้างปฏิบัติการลอจิก รวมถึง CNOT ผ่านการผสมผสานของเกตลักษณะ swap และการหมุนสปินเดี่ยว

แรงดึงดูดนั้นชัดเจน: หากสปินคิวบิตขยายระบบได้สำเร็จ ก็อาจอาศัยโครงสร้างพื้นฐานการผลิตของอิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิมได้ บางอุปกรณ์ยังทำงานที่อุณหภูมิไม่กี่เคลวิน ซึ่งบทความเรื่องคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบสปินคิวบิตเรียกว่า “hot qubits” และอาจช่วยให้การขยายระบบง่ายขึ้นเมื่อเทียบกับแพลตฟอร์มที่ต้องการสภาพแวดล้อมที่เย็นกว่านี้ แต่ข้อจำกัดก็ค่อนข้างเข้มงวด: ระยะห่างระดับพลังงานต้องมากกว่าพลังงานความร้อน พัลส์ต้องไม่ทำให้มีการครอบครองสถานะวงโคจรที่สูงกว่า และการสูญเสียสภาพเชิงควอนตัมต้องยังช้ากว่าปฏิบัติการเกต

การประมวลผลควอนตัมเชิงโทโพโลยี: แนวคิดงดงาม แต่ความจริงเชิงทดลองยังไม่ลงตัว

การประมวลผลควอนตัมเชิงโทโพโลยีเก็บข้อมูลไว้ในสถานะของแอนไอออน และทำเกตด้วยการถัก world lines ในปริภูมิ-เวลา ข้อได้เปรียบเชิงแนวคิดคือความทนทาน: การรบกวนเล็กน้อยอาจเปลี่ยนรายละเอียดของวิถีได้โดยไม่เปลี่ยนชนิดเชิงโทโพโลยีของการถัก ทำให้ข้อมูลที่เข้ารหัสไว้อาจไวต่อข้อผิดพลาดบางประเภทน้อยลงโดยเนื้อแท้

ในทางทฤษฎี คอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงโทโพโลยีสามารถมีพลังการคำนวณเทียบเท่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมมาตรฐานได้ แต่ข้อควรระวังสำคัญทางการทดลองนั้นรุนแรงมาก: แอนไอออนไม่เอบีเลียนที่จำเป็นต่อแนวทางเชิงโทโพโลยีเวอร์ชันที่สำคัญที่สุดยังไม่ได้รับการยืนยันเชิงทดลองแบบไร้ข้อโต้แย้ง บทความเรื่องคอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงโทโพโลยีระบุว่า หลักฐานที่อ้างเกี่ยวกับฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับ Majorana ถูกทักท้วง และอย่างน้อยหนึ่งคำอ้างที่เป็นข่าวใหญ่ในปี 2018 ก็ถูกถอนในปี 2021

ดังนั้น การประมวลผลเชิงโทโพโลยียังคงสำคัญในฐานะแนวคิดเรื่องความทนต่อข้อผิดพลาด แต่ยังไม่ได้อยู่บนฐานการใช้งานจริงแบบเดียวกับแนวทางตัวนำยิ่งยวด ไอออนที่กักขัง อะตอมเป็นกลาง โฟโตนิก หรือสปิน

การอบควอนตัม: ไม่ใช่รูปแบบคิวบิตทั่วไป แต่ยังเกี่ยวข้อง

การอบควอนตัมมักถูกพูดถึงควบคู่กับรูปแบบคิวบิต แต่ควรเข้าใจให้ถูกต้องว่าเป็นแบบจำลองการคำนวณที่ต่างออกไป โดยมุ่งเป้าไปที่ปัญหาการหาค่าเหมาะที่สุดเป็นหลัก โดยเฉพาะปัญหาเชิงจัดหมู่ที่มีจุดต่ำสุดเฉพาะที่จำนวนมาก วิธีการนี้เริ่มจากการซ้อนทับเชิงควอนตัมแบบกว้าง แล้วค่อย ๆ เปลี่ยน transverse field เพื่อให้ระบบมีแนวโน้มไปสิ้นสุดใกล้สถานะพื้นของแฮมิลโทเนียนของปัญหา

การอบควอนตัมชี้ให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่อาจมีเหนือ simulated annealing ในภูมิทัศน์ที่มีสิ่งกีดขวางสูงมากแต่บาง ซึ่งการทะลุผ่านเชิงควอนตัมอาจช่วยให้หลุดจากจุดต่ำสุดเฉพาะที่ได้มีประสิทธิภาพกว่าการเคลื่อนที่จากความร้อน มีระบบเชิงพาณิชย์แล้ว: D-Wave ประกาศ quantum annealer เชิงพาณิชย์ตัวแรกในปี 2011

สถาปัตยกรรมของ D-Wave แตกต่างจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมสากลแบบดั้งเดิม และไม่สามารถรันอัลกอริทึมของ Shor ได้ เพราะขาดปฏิบัติการเกตที่แม่นยำและการแปลงฟูเรียร์เชิงควอนตัมที่อัลกอริทึมนั้นต้องใช้ ข้ออ้างเรื่องการเร่งความเร็วยังคงขึ้นกับชนิดของปัญหาและยังไม่มีข้อสรุปโดยรวม

แล้วรูปแบบไหน “ดีที่สุด”?

คำตอบที่ตรงไปตรงมาคือ “ดีที่สุด” ขึ้นอยู่กับว่าคุณปรับให้เหมาะกับอะไร หากต้องการแรงส่งทางอุตสาหกรรมในปัจจุบันและตัวประมวลผลขนาดใหญ่ระดับชิป ตัวนำยิ่งยวดเป็นผู้นำ หากต้องการความแม่นยำของปฏิบัติการที่พิสูจน์แล้วว่าสูงที่สุด ไอออนที่กักขังน่าดึงดูดอย่างยิ่ง หากต้องการอาร์เรย์ที่ปรับเปลี่ยนได้และอันตรกิริยาแรงตามสั่ง อะตอมเป็นกลางคือคู่แข่งที่จริงจัง หากการเชื่อมเครือข่ายและคิวบิตบินได้สำคัญที่สุด โฟโตนิกมีข้อได้เปรียบเชิงโครงสร้าง หากความเข้ากันได้กับกระบวนการสารกึ่งตัวนำคือสิ่งสำคัญอันดับแรก สปินคิวบิตมีความน่าสนใจเชิงยุทธศาสตร์ หากต้องการความต้านทานข้อผิดพลาดโดยเนื้อแท้ แนวคิดเชิงโทโพโลยีน่าดึงดูด แต่ยังไม่พิสูจน์ในเชิงทดลอง และหากปัญหาของคุณคือการหาค่าเหมาะที่สุด มากกว่าการคำนวณสากล การอบควอนตัมอาจเป็นชุดเปรียบเทียบที่เกี่ยวข้อง

ประเด็นสำคัญที่ควรจำ

รูปแบบคิวบิตแตกต่างกันหลัก ๆ ที่ระบบกายภาพใดเป็นตัวพาคิวบิต และอันตรกิริยาถูกออกแบบขึ้นอย่างไร
คิวบิตตัวนำยิ่งยวดในปัจจุบันผสานการยอมรับในภาคอุตสาหกรรมเข้ากับขนาดตัวประมวลผลที่ใหญ่ แต่ต้องใช้ไครโอเจนิกส์สุดขั้วและยังต่อสู้กับการสูญเสียสภาพเชิงควอนตัม
ไอออนที่กักขังโดดเด่นด้านความแม่นยำของเกต การตั้งต้น และการวัด แม้ว่าการขยายไปสู่ระบบขนาดใหญ่จะท้าทายในเชิงสถาปัตยกรรม
อะตอมเป็นกลางใช้ Rydberg blockade เพื่อสร้างอันตรกิริยาที่แรงมากและควบคุมได้ พร้อมรองรับอาร์เรย์ที่ปรับเปลี่ยนการจัดวางได้
การประมวลผลแบบโฟโตนิกสอดคล้องกับการสื่อสารควอนตัมโดยธรรมชาติ แต่อันตรกิริยาระหว่างโฟตอนอ่อน ทำให้ลอจิกสากลใช้ทรัพยากรมาก
สปินคิวบิตน่าสนใจเพราะสามารถใช้ประโยชน์จากการผลิตสารกึ่งตัวนำแบบดั้งเดิมได้ โดยเฉพาะในซิลิคอน
การประมวลผลควอนตัมเชิงโทโพโลยีนำเสนอเรื่องความทนทานที่น่าสนใจในทางทฤษฎี แต่กึ่งอนุภาคที่จำเป็นยังเป็นข้อถกเถียงในเชิงทดลอง
การอบควอนตัมมีความสำคัญสำหรับการหาค่าเหมาะที่สุด แต่ไม่ควรถูกนำไปปะปนกับการประมวลผลควอนตัมแบบเกตโมเดลสากล