量子计算的发展将比互联网更加重要

（文章来源：36氪）

在数十万年的时间里，以前人类仅有的工具是棍棒、石头、大脑，最后是火。我们发明的最伟大的工具是电脑。从20世纪中期到现在，我们已经进入了一个指数级发展的领域，处理能力大约每隔几年就会翻一番。英特尔(Intel)创始人戈登摩尔(Gordon Moore)在1965年观察到，微芯片上的晶体管数量似乎每两年就翻一番，从而以更低的成本获得更高的计算能力。这种增长速度创造了如今的现代世界。但是现在这个被称为摩尔定律的定律已经达到了极限，因为计算机部件越来越接近原子大小。

计算机本质上是简单部件的集合，每个部件都有明确的用处：内存存储、通过逻辑和数学处理数据，以及提供通过指令控制所有数据的方法。计算机芯片是最基本的部件之一。每个芯片都有不同的模块，每个模块都会做一些特定的事情。每个模块都有晶体管构成的逻辑门。晶体管是0位或1位的“位”，可开可关。一堆晶体管构成逻辑门，允许进行组合，从而进行更高级的运算，如乘法和除法。有了这些，你就可以计算出大量的信息，这使得我们可以做一些重要的工作。

晶体管是打开或关闭电子流的开关。在这个层次上，随着晶体管变得越来越小，我们发现自己正接近量子物理学所规定的微小尺度。现在，一个晶体管为40纳米或者更小，几乎比你体内的一个细胞小500倍。从本质上讲，晶体管的运作接近于一个原子大小。在这个层面上，电子不需要流动——它们可以通过“量子隧穿”来移动。

为了在量子层面上利用物理学，科学家们正在制造量子计算机。我们现在有了量子位元，而不是用位元作为最小的信息单位。正如位元有两种状态，量子位元也只代表两种状态，但它们可以用原子的任何物理性质来设定，比如粒子的自旋或磁场，或水平/垂直偏振。除此之外，在量子物理中，状态不一定是开或关/是或否——它们还可以进行 “叠加”，“叠加”就是允许粒子处于这些状态的任意组合或比例的量子属性。就像薛定谔的猫一样，其中的粒子可以是任何东西，但当你实际测试或观察它时，它只会是一种状态。所以，当你不观察它的时候，粒子可以部分垂直偏振也可以部分水平偏振，但是当你观察它的时候，粒子只会显示其中的一种状态。

叠加真正的含义是我们现在有了大量的潜在组合。在常规计算中，4位总共产生16种可能的组合，但你只能使用其中的一种。然而，4个量子位则可以一次存储16个值。

量子位元的另一个令人惊叹的特性是量子纠缠，即无论它们在物理世界中相距多远，两个量子位元都能神秘地连结在一起，并对彼此的状态作出反应。利用这个特性，我们可以测量一个量子位，同时也可以知道它的纠缠量子位的特性。

还有一个我们可以利用的特性叫做量子操纵。我们常规的计算逻辑门得到一组输入，然后给出一个输出。“量子门”接收叠加的量子位元的输入，旋转机率，然后输出一个新的叠加。这时量子位就可以测量了，我们就得到了表示我们需要的数据的0和1。这里的关键是，所有可能的答案都是同时生成的，而不仅仅是传统逻辑门中的单个输出。我们得到的答案可能是正确的，但也有极小的可能不是正确的。但是，因为所有的可能性都已经准备好了，所以很快就可以得到完全正确的那个答案。

虽然不完美，但真正使量子计算超越存储容量的是它的速度和效率。其中一个很好的应用是数据库。我们现在可以存储惊人数量的数据，而且搜索速度也比传统计算快得多。量子计算将帮助我们理解人类自己创造的海量数据，从而解决一些非常有趣的问题。有些系统每天会产生数十亿的数据集，这些数据里可能隐藏着解决一些社会问题的方案。

量子计算还可以以惊人的速度生成大量的计算和概率，这也有利于模拟。这些量子模拟将帮助我们研究天气、遗传学和疾病、量子物理，以及任何需要大量数字运算的东西。
（责任编辑：fqj）