量子计算机的结构，或者说是如何制造的。这个可以参见这个问题下的回答

。这里就不在重复叙述。

这个回答主要对于下一个问题，如何控制量子态。也就是量子控制quantum control方面的内容。

一般来说，跟经典的控制系统一样，量子控制大概有开环量子控制（open loop）和闭环量子控制（close loop）。开环量子控制主要有绝热量子控制（adiabatic evolution），还有2010年提出来的shortcut to adiabaticity，在核磁共振系统中提出来的composite pulse control（这个已经用到看很多方面了），还有就是根据经典的优化控制理论得到的量子最优控制理论。而闭环量子控制就是引入了反馈信号（这个信号可以是经典的，也可以是量子的）。当然，跟经典控制一样，闭环量子控制一定要比开环量子控制要好。但是其中很多问题还有待去解决，比如说如何读取了量子信息，又不破坏量子态。量子控制本身还有许多问题，我们还弄不明白，不像经典控制中的自成体系，连最基本的量子可控性还没有通用的理论。所以我们只是看到了一部分，还有很多研究可以做。

而量子计算中最根本的问题就是如何有效的控制一个逻辑门，比如说，举个最简单的例子，一个量子态要从ground state 到激发到excited state，我们该如何的去控制激光去有效的到达这个目标。一般来说量子控制要达到3个目标，

1. 快速。也就是说控制时间要短，这样量子系统也不容易退相干（decoherence）。现在实验上能保持量子态大概是毫秒级（当然不一样的系统，退相干时间当然不一样）

2. 鲁棒性 robustness。这个对于任何控制都是很重要，我们不可能要求激光（相位，频率，脉冲面积 pulse area）无限的精确。

3. 高的保真度high fidelity。可以这么理解，就是控制的错误要尽可能的小。大概要多小才能进行有效的量子计算。一般要求的是10^-4这个级别。也就是说要99.9999%的fidelity。这个很难做到，换句话说，这也就是为什么很多研究人员在做topological quantum computation（量子拓扑计算），还有很多量子coding，这些都是纠错码。也就是fidelity达不到 10^-4这个级别，我们所能找到的另一种途径。这些量子coding的方法或多或少需要一些“量子资源”去制备。比如说需要多个qubit当一个逻辑qubit，或者需要制备许多entanglement。（量子拓扑计算是从物理上不受到 local noise的影响，本质上来说与其他的量子coding一样，只是其他的量子coding是数学上的）

下面，我主要简单介绍的是开环量子计算中的绝热控制，composite pulse control 和最优量子控制的内容。

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1. Rabi Oscillation

首先，也是最简单的pi pulse控制方法。 也就是让二能级系统产生rabi ocasilation，也就是在grond state与excited state中产生周期性的震荡。这是一种最简单的控制方法，用激光直接激发粒子，关键是控制激光的pulse area。当激光的pulse area达到 pi 的时候就关掉激光，这样我们就能得到一个量子的NOT gate了。同样的，如果pulse area是 pi/2, 也就是一个hadamard gate。

这个的问题就是对于快速或者超快的激光（ms，ns，ps这种级别下）要准确做到pi时就关掉是相当困难的。 在实验室也许可以，但是在现实中的量子计算就不行了。而且能做到如此精准控制的激光器，价格也是相当相当贵的。所以，pi pulse control中只有快速达到了标准，然而鲁棒性很差。

图一：标准的Rabi Oscillation

2. 绝热控制

为了解决rabi oscillation的鲁棒性很差的问题，我们将引入在量子光学的绝热基。将原来普通的量子基（bare state）换成绝热基（adiabatic state)。理论上来说，绝热量子控制可以达到很高的保真度（只要等到够久的时间就可以啦）。但是因为引入了绝热近似，也就是意味着我们的激光必须要符合这个绝热近似。在绝热近似中，Hamiltonian的变化要很慢（理论上是无限慢的变化）。也就意味着我们需要很长的时间去达到这个绝热控制。简而言之，绝热控制的鲁棒性很好，但是速度很慢。

数学上对于绝热变化其实就是矩阵的对角化，将对角的Hamiltonian的元素就变成了原来Hamiltonian的eigenvalue，如果，原来的Hamiltonian变化足够慢，非对角的元素就近似于0，也就是说在绝热基中，没有state的变化。

图二：二能级的绝热控制。我们可以看到，绝热state（\epsilon_{+}, \epsilon_{-}）不会有变化，一开始在\epsilon_{+}，最后也会在\epsilon_{+}，但是\epsilon_{+}可以是原来的state（1，2）的superposition。所以我们可以从1state到2state。如右图所示。

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