任何人都可以找到破解保护银行转账和网上信用卡购物密码的方法。破解密码的分步说明早在几年前就已公布。
不过，没有人担心可能的安全漏洞，因为密码破解公式只能在量子计算机上运行。这些利用模糊量子力学规则的装置迄今为止仍只是实验室里的奇观，功能还不如计算尺。
新的蓝图可能会改变这一切。近年来，相互竞争的技术已经逐渐成熟——但未能自行生产出强大的量子计算机——现在正被联姻。充当媒人的物理学家希望制造出比各部分总和更大的混合设备，就像蝙蝠侠和罗宾一样，成为充满活力的二人组。
德国斯图加特大学物理学家 Jörg Wrachtrup 表示：“目前还没有明确的发展路线图。但有些量子处理器肯定会是一种混合系统。”
目前在设计阶段的设计模仿了当今计算机的分工，其中硬盘是一种磁性材料，适合存储信息，而处理器是一块硅芯片，可以快速处理信息。这些组件的量子版本将把不同大小和特性的物体组合在一起，从原子到超导电路再到钻石芯片。
早期研究表明，这些组件可以相互通信。将它们组合在一起的混合方法可能有一天会打造出一台功能强大的量子计算机，其用途不仅限于破解密码。这种计算机还可以解决当今普通计算机难以解决或无法解决的其他问题——从比传统计算机更快地搜索大量数据到模拟分子的化学反应。
丹麦奥胡斯大学量子物理学家 Klaus Mølmer 表示：“我们无法保证在五年内制造出一台可以正常使用的计算机。但最初的实验很有希望。”
规模问题
如今的计算机，无论是 PC 还是 Mac，处理的信息比特要么是 0，要么是 1。但量子计算这一概念可以追溯到大约三十年前物理学家保罗·贝尼奥夫，它处理的是经典比特的量子模拟：量子比特。由于量子世界的奇异性，量子比特存在于所谓的叠加态中，同时为 0 和 1。将十几个量子比特连接在一起，该组可以同时编码所有 4,096 种 0 和 1 的可能组合。这种不可思议的团队合作允许同时对许多输入进行计算。这就是量子计算机能够以极快的速度解决某些问题的秘诀。
原子是受量子定律支配的微小尺度上的物质，长期以来一直是量子比特的有希望的候选者，因为它们具有存储量子信息的能力。被困在电场中的孤立原子可以呈现并保持分裂人格几分钟，而在量子世界中，分裂人格就是永恒。
但原子也很害羞。建立原子之间的连接以进行量子计算在技术上具有挑战性，尤其是当系统中加入了更多的原子时。去年四月，奥地利因斯布鲁克大学的托马斯·蒙兹和他的同事利用带电钙原子创造了最多原子量子比特连接的世界纪录，只有 14 个。
一些科学家不再使用原子作为量子比特，而是转向更容易操作的更大物体：蚀刻在电路板上的超导导线。20 世纪 90 年代末，这些金属片表现出与原子一样奇怪的行为倾向。当围绕超导环路快速移动的电子被迫跳过绝缘屏障时，就会发生不寻常的事情。电流可以同时流向不同的方向，或者可以同时存在两种不同量的电荷。
这些电路构件有望比原子更容易连接。借鉴计算机芯片行业的技术已被用于连接超导金属环并操纵它们所包含的信息。2007 年，荷兰的一个团队展示了如何使用门快速改变一个超导量子比特的状态，门是制造计算机处理器所需的基本组件。
加州大学圣巴巴拉分校的量子物理学家约翰·马丁尼斯 (John Martinis) 表示：“超导量子比特非常强大。它们很大，所以可以很容易地连接在一起制成计算机处理器。”马丁尼斯的团队计划在 2 月份的美国物理学会会议上报告一款具有 9 个量子比特的新型超导处理器，该处理器运行了一个简单的程序，可以识别 15 的质因数（5 和 3）。
然而，由于尺寸巨大，超导导线很难保持其量子奇异性。与原子相比，与环境的接触更难避免，因为环境会破坏量子比特。12 月 9 日的论文描述了迄今为止制造的最坚固的超导量子比特，它可以可靠地重复其性能物理评论快报. 它只能保存一条信息20微秒。
一些科学家正试图克服原子或超导电路的局限性，仅依靠一种技术在量子计算机中存储和操纵信息。但其他研究人员认为，将这两种方法结合起来可以发挥各自的优势。混合体可以有一个原子硬盘，一个用于存储信息的内存。必要时，这些信息可以被转储到由连接在一起的超导量子比特组成的 CPU 中，以执行计算。然后，这些计算的结果可以转储回硬盘中。
一起来
已经提出了几种混合解剖结构的变型。2004 年在物理评论快报，将单个原子与超导量子比特连接起来。另一项计划在 2006 年同一期刊上进行了详细介绍，该计划将在超导电路和作为集体记忆的分子云之间传输信息。
因斯布鲁克大学理论物理学家彼得·佐勒 (Peter Zoller) 表示：“我们试图提出一些想法，将不同系统的优点结合起来，但不保留缺点。”
马里兰大学帕克分校联合量子研究所的一个团队正在尝试制造一种混合设备。那里的研究人员在微小的纤维上涂上了铷原子。这些原子长期以来被用来在世界上最精确的时钟中计时，它们可以在振动中存储量子信息。理论上，附近超导导线产生的磁场可以作为通信通道，因此信息可以传递给超导量子比特。
让这个方案奏效非常棘手，因为原子必须小心地固定到位。因此其他团队希望用预先包裹在漂亮整洁的钻石包装中的原子来制造硬盘。
钻石在量子领域相对较新。2008 年，研究人员展示了一种使合成钻石变成粉红色的杂质，其控制方式与由孤立原子构成的量子比特相同（SN：4/5/08，第 216 页）当一个氮原子在晶体结构中取代了一个碳原子时，钻石就会出现缺陷，而另一个碳原子则会缺失，形成一个空洞。
在这种情况下，氮原子的一对电子会向空穴中扩散，并表现得像一个电子。产生的单个实体具有一种称为自旋的量子特性，可以将其视为一个可以指向上方或下方的微型条形磁铁。但与真实磁铁不同的是，量子自旋也可以同时指向上方和下方。
在钻石子宫中，电子对可以免受外界恶劣环境的影响，在室温下保持自旋时间超过一毫秒，在低温下则能保持更长时间。（这种量子态也可以转移到原子核中，其寿命可与传统原子方法相媲美。）
哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所的 Anders Sørensen 表示：“一旦将信息传输到钻石中，它就会存活很长时间。”2010 年，Sørensen 及其同事首次提出了钻石与超导电路之间的匹配。
安排这场联姻出乎意料地简单。在日本厚木的 NTT 基础研究实验室，朱晓波和同事们只需将一块钻石芯片粘在电路板上即可。在这个弗兰肯斯坦式的装置中，超导量子比特产生的磁场改变了钻石内电子对的自旋。10 月 13 日，也就是这次信息交换在自然，由法国研究人员领导的一个研究小组也宣布了类似的成果。
“这是该领域的开始，但我们已经证明这是一项可能的任务，”法国实验室 CEA Saclay 的量子物理学家 Patrice Bertet 说。
Bertet 及其同事的钻石硬盘（已在 arXiv.org 网站上发布）目前用处不大。一块钻石芯片只能存储一个比特的信息，存储时间只有几百纳秒。而且，只有七分之一的信息交换尝试成功。虽然日本团队的表现并不好，但两个实验都表明，混合芯片可能不仅仅是物理学家愿望清单上的一个想法。
隐藏的宝石
尽管钻石闪闪发光，但钻石并不是用预先包裹的量子比特打造超导电路的唯一方法。红宝石含有有趣的铬杂质，其自旋可能是超导电路中的朱丽叶与罗密欧。一组研究人员希望使用被关在巴基球（类似于测地线圆顶的碳球）中的氮原子。另一组研究人员正在研究可能用于存储信息的稀土原子。
一组蓝图要求存在尚未得到证实的奇异实体。去年春天，由加州理工学院理论物理学家约翰·普雷斯基尔领导的团队大力宣扬将信息藏在“任意子”中的好处。这些二维粒子被认为栖息在被称为拓扑绝缘体的奇异材料的表面，这种材料在导电方面表现得很奇怪。理论上，任意子必须同时在两个点受到干扰才会丢失其信息，从而提供最可靠的存储。
加州大学圣巴巴拉分校的物理学家戴维·奥沙洛姆 (David Awschalom) 说：“其他材料似乎也具有钻石中所发现的有趣的量子特性。”
Awschalom 对量子硬盘采取了务实的态度。他正在测试工程师已经知道如何使用的材料——当今电子产品中常见的硅半导体。半导体-超导体混合物绝对是实用的搭配。
用于高功率晶体管和其他设备的碳化硅似乎具有存储量子信息的理想材料。与钻石一样，这种材料也布满了缺陷。11 月 3 日的报道自然Awschalom 的团队控制了这些缺陷中的电子自旋。研究人员进行的计算机模拟发现了十多种其他有前景的材料，包括氧化镁、氧化锌和氧化铝。
混合视野
混合硬件由半导体或钻石制成，这将带来额外的好处：它们将有一个内置调制解调器，可以让未来的量子计算机广播它们存储的信息。物理学家们热衷于最终构建一个跨越远距离的量子网络。
耶鲁大学的量子物理学家、超导量子比特先驱罗伯特·舒尔科普夫 (Robert Schoelkopf) 表示：“也许有一天你会想建立一个量子互联网。”
超导电路无法与光缆上携带信息的光粒子对话。但钻石和碳化硅中的电子却可以，而且操作起来相对容易。用这些材料制成的调制解调器可以将量子信息的范围从同一超导芯片上的不同位置扩展到全球不同地方。
最终，未来量子计算机的结构（无论基于一种材料还是多种材料、基于哪种材料）可能取决于设备需要多少个量子比特，而这又取决于它要解决什么问题。
例如，一台拥有数十个量子比特的小型量子计算机可能能够解决一些科学上的未解之谜。它或许能够模拟当今计算机无法理解的复杂材料——例如，揭示高温超导体的工作原理。
认为基于单一类型量子比特的量子计算机可以完成这项任务和类似任务并非毫无道理。原子量子比特已经成功模拟了普通磁铁，而这些磁铁已经可以用传统计算机来理解。超导量子比特的量子寿命虽然仍然很差，但也已稳步提高，以至于有人提议也用它们进行模拟。
“我们即将完成一些传统方法无法完成的量子模拟，”联合量子研究所的原子量子比特研究者、物理学家克里斯·门罗 (Chris Monroe) 表示。“我认为这很快就会实现。”
但其他应用，例如密码破译，肯定需要更大更强大的设备，拥有一百万或更多的量子比特——尽管没有人知道确切的数字。
如此复杂的设备最终会是什么样子，需要混合搭配多少种方法来制造它，目前仍不得而知。
