量子计算机到底有多神奇

前言

说到量子计算机的话，我们大家可能会比较陌生，我们一般都只是听过普通电脑计算机，笔记本之类的，但是对于这一项高科技，量子计算机，我们却知之很少！那么，我们量子计算机到底有多厉害呢？今天我们就来聊一下，量子计算机到底是什么？为何所有国家都争相研发！

首先，我们来看一下，量子计算机到底为何物呢？让我们一起走近量子计算机，揭开它神秘的面纱。

量子计算机是一种使用量子逻辑进行通用计算的装置。不同於电子计算机，量子计算用来存储资料的对象是量子位元，它使用量子演算法来进行资料操作。马约拉纳费米子反粒子就是自己本身的属性，或许是令量子计算机的制造变成现实的一个关键。

量子电脑分别对传统电脑的限制作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统，量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的正变换。量子特性在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有经典信息系统的极限。

它与传统计算机的区别，因为传统计算机随着处理数据位数的增加所面临的困难线形增加，要分解一个129位的数字需要1600台超级计算机联网工作8个月，而要分解一个140位的数字所需的时间将是几百年。但是利用一台量子计算机，在几秒内就可得到结果，其运算能力相当于1000亿个奔腾处理器。足以知道其巨大的威力了吧！

量子计算机处理数据不像传统计算机那样分步进行，而是同时完成，这样就节省了不少时间，适于大规模的数据计算。传统计算机随着处理数据位数的增加所面临的困难线形增加，要分解一个129位的数字需要1600台超级计算机联网工作8个月，而要分解一个140位的数字所需的时间将是几百年。但是利用一台量子计算机，在几秒内就可得到结果，其运算能力相当于1000亿个奔腾处理器，运算速度比现其次是用量子计算机可以对任意物理系统进行高效率的模拟。

据报道，我国量子计算机研究取得突破性进展，中国科技大学量子实验室成功研发了半导体量子芯片。量子芯片相当于未来量子计算机的“大脑”，可实现量子的逻辑运算和信息处理。 “量子芯片”作为量子计算机的“大脑”，是体现和普通计算机差异的核心。目前，国内外研究机构都开始对这一领域展开了研究，而中国也无疑已经走在了前列。除高速之外，节能也是量子计算的另一大核心优势。理论上，量子计算的过程中是没有能耗的，目前最先进的D-Wave 量子计算机处理器只消耗1 微瓦，并且能耗不会随着计算能力的提升而提升。

量子信息科学对保密通信和高性能计算给出了革命性的解决方案，人们可以利用量子密钥分配实现基于量子力学原理的无条件安全密钥分配。量子并行性又使得量子计算可以实现远高于经典计算机的计算能力。近三十年量子信息领域的实验技术飞速发展，量子密码已成为商用化的保密技术;谷歌等国际著名IT公司也己开始投资实用化的量子计算研究。

中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿表示，“量子计算机是一项颠覆性的技术，一旦成功研发，就可以破解现在所有的密码，另外它还可以解决大数据等等问题。虽然有种种困难，但是大家普遍认为量子计算很快（10年）就能在人工智能领域发挥作用了。因为量子退火机Dwave可以在人工智能领域完全地发挥出量子计算功能。这也是Google建立Quantum AI Lab的主要原因。

在自然科学领域，量子计算可以很高效地模拟诸多自然过程，会成为相关领域科学家的一大利器。所以用量子计算机模拟自然现象有着巨大的吸引力。这也就是为何所有国家都争相研发的重要原因！

量子将如何改变我们的生活？

有人说，从电子计算机飞跃到量子计算机，无论生产、科研还是日常生活，世界将会经历一场颠覆性改变。通过量子计算机，我们可以把整个城市甚至整个地球上所有人的出行计划全部输入进去，它就能瞬间设计出最佳出行路线，从而让人们彻底告别交通拥堵。 中国科学技术大学教授朱晓波说，在我们生活的宏观世界里，物体的位置、速度等运动规律，都可以通过牛顿力学精确地测算。但在量子微观世界里，有着与宏观世界截然不同的规则。

量子的神秘之处首先体现在它的“状态”。在宏观世界里，任何一个物体在某一时刻有着确定的状态和确定的位置。但在微观世界里，量子却同时处于多种状态和多个位置的“叠加”。

量子力学的开创者之一、奥地利物理学家薛定谔曾用一只猫来比喻量子态叠加：箱子里有一只猫，在宏观世界中它要么是活的，要么是死的。但如果在量子世界中，它同时处于生和死两种状态的叠加。

更为诡异的是，量子的状态还经不起“看”。也就是说，如果你去测量一个量子，那么它就会从多个状态、多个位置，变成一个确定的状态和一个确定的位置了。如果你打开“薛定谔的箱子”，猫的叠加状态就会消失，你会看到一只活猫或一只死猫。

如果说一个量子已经很“奇怪”，那么当两个量子“纠缠”在了一起，那种不确定性连爱因斯坦都受不了了。根据量子力学理论，如果两个量子之间形成了“纠缠态”，那么无论相隔多远，当一个量子的状态发生变化，另一个量子也会超光速“瞬间”发生如同心灵感应的变化。

而基于量子的叠加态与纠缠特性，量子计算机被认为将是最具威力的量子信息应用。此次亮相的多光子可编程量子计算机，就是探索之一。未来，其超级计算能力的实现，将为金融分析、气象预报、药物设计等大规模计算提供全新的方案。量子计算机还可以通过“模拟”，来解决科学研究中的一些未解之谜。

量子计算机最大的优势在于大幅缩短提取用户所需信息的时间，它可以在几天内解决传统计算机会花费数百万年才能处理的数据，因此未来的应用前景十分令人神往。

日前，谷歌量子人工智能实验室宣布量子计算机最新进展：在两次测试中D-Wave2X的运行速度比传统模拟装置计算机芯片运行速度快1亿倍。

经过与传统计算机的比较，谷歌称已证明其量子计算机确实可执行数学计算。

谷歌工程技术主管哈特马特·纳文表示，“这是一个值得我们欢欣鼓舞的结果，不过要将量子计算机带入我们的日常生活，技术人员们要做的工作还有很多。”