Совершенно ясно, что сейчас квантовое вычислительное оборудование находится в младенческом возрасте. Хотя то, что уже достигнуто с использованием ионных ловушек (Monroe et al., 1995), высококачественных оптоволокон (Turchette et al., 1995), и методов ядерного магнитного резонанса (ЯMP) (Cory et al., 1996; Gershenfeld \& Chuang, 1997) достаточно интригующе и внушительно, но все эти технологии имеют серьезные внутренние ограничения. Квантовое вычислительное оборудование будущего будет основано на каком-то другом, существенно отличном от современного оборудовании.

Например, скорость операций компьютера на ионной ловушке, согласно схеме Цирака-Золлера (Cirac-Zoller, 1995) ограничена частотами колебательных мод в ловушке. В оригинальном NIST (Monroe et al., 1995) эта частота равнялась приблизительно 10 МГц, но, скорее всего, это порядок величины, и частота будет меньше в ловушке, которая содержит многозарядные ионы. ЯМР-устройства страдают из-за экспоненциального ослабления сигнала по отношению к шуму по мере увеличения числа кубитов в машине. Из «современных» технологий квантовых вычислений, возможно, лучший долговременный потенциал имеет технология, основанная на КЭД (Cirac et al., 1996). Будущее оборудование должно быть быстрым, масштабируемым и высоко параллелизуемым. Именно параллельные вычисления оказываются решающим средством исправления ошибок. В дополнение к ошибкам, возникающим непосредственно при работе квантовых гейтов, необходимо побеспокоиться относительно ошибок хранения, которые влияют на «отдыхающие» кубиты, не работающие в гейтах. Для контроля ошибок хранения придется непрерывно делать исправления ошибок на отдыхающих кубитах, что неосуществимо в большом приборе, если много блоков кода не могут быть исправлены одновременно. Даже если пренебречь проблемой ошибок хранения (а при соответствующим образом спроектированном оборудовании она не может быть серьезным ограничением), параллельные операции весьма желательны для увеличения скорости вычислений. Это особенно важно потому, что исправление квантовых ошибок существенно замедлит вычисления, если не окажется возможным оперировать одновременно многими кубитами в одном и том же блоке кода.

Таким образом, для нашей машины будет существенным умение распределить части сильно скрещенного состояния между различными процессорами и воздействовать на эти части независимо. В машине, использующей принцип ионной ловушки, например, имелись бы много ловушек, каждая из которых содержит многочисленные кубиты, и машина должна быть способна переводить ионы от одной ловушки к другой без изменения внутреннего атомного состояния. В случае машины, основанной на КЭД, перспективное предложение для распределения скрещенного состояния было сделано Цираком, Золлером, Кимблом и Мабучи (Cirac, Zoller, Kimble, Mabuchi, 1997); в их схеме атомы пойманы в многих полостях, и скрещенное состояние устанавливается между атомами в различных полостях с помощью обмена фотонами между полостями. Масштабируемость, очевидно, становится критическим свойством, если мы, в конечном счете, надеемся построить машины, способные к хранению и управлению миллионами индивидуально адресуемых кубитов. В долгосрочной перспективе это может быть некоторое твердое тело или микроприбор, которые будут иметь наиболее обещающие возможности необходимой масштабируемости. Мы должны также подготовиться приспособить нашу парадигму квантовых вычислений к новым технологическим возможностям. Например, как показал Ллойд (Lloyd, 1993), молекулярная машина более подходит для использования в качестве квантового клеточного автомата, чем цепи квантовых гейтов, которые рассматривает большинство теоретиков.

С более широкой точки зрения, поскольку не существует квантовых систем, которые хорошо защищены от некогерентности и поэтому не могут эффективно моделироваться на классическом компьютере, любая такая система может решать трудные вычислительные задачи. Ааронов и Бен-Op (Aharonov \& Ben-Or, 1996b) обнаружили, что по мере изменения величины некогерентности может происходить фазовый переход ${ }^{1}$.

Очень шумная квантовая система ведет себя классически, и может эффективно моделироваться классической машиной Тьюринга, но если величина некогерентности достаточна низка, может возникнуть скрещенное квантовое состояние и никакое эффективное классическое моделирование системы уже невозможно. В этом смысле, любая квантовая система с низкой величиной некогерентности позволяет делать трудные «вычисления». Для теоретика, знакомого с критическими явлениями, естественно задаться вопросом относительно универсальных характеристик этого фазового перехода – например, было бы интересно вычислить критические показатели степени, которые управляют масштабными свойствами перехода, поскольку они не зависели бы от частного микроскопического гамильтониана рассматриваемой системы. Решение этой задачи могло бы привести к новой физической реализации квантовых вычислений.

Разрыв между современным состоянием технологии квантовых вычислений и тем, что может понадобиться в будущем, настолько велик, что легко может обескуражить. Но мы не должны принимать справедливую критику существующей технологии как отрицательную оценку окончательных перспектив. Скорее наоборот, в расчете на потенциальные возможности квантового компьютера мы должны делать более энергичные усилия для создания работоспособного оборудования.
${ }^{1}$ Это связано, фактически, с типом фазового перехода в диссипативных квантовых системах, обсуждаемых некоторое время назад Леггеттом (Leggett et al., 1987).