不能。

　　雖然你無數(shù)次聽過量子計算機的大名，但就像所有帶“量子”兩字的概念，你大概率（100%）不甚了然。

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　　量子計算機的概念 1980 年代提出，投入研發(fā) 20 年，迄今還沒有一臺真正走出實驗室。但傳說它（將來會）很厲害。谷歌、IBM、阿里巴巴和許多初創(chuàng)公司在競爭，想第一個實現(xiàn)“量子霸權(quán)”，也就是讓量子計算機在一個計算任務(wù)中快過傳統(tǒng)計算機。

　　為了在蕓蕓眾生中彰顯你的卓爾不凡，不妨粗淺了解一點量子計算機的原理。其實它和我們熟知的電腦差不了多少。

　　量子計算機：量子版的計算機

　　“別把量子計算機想成全新的系統(tǒng)，它就是經(jīng)典計算機的擴展版，處處模仿經(jīng)典計算機。”安徽問天量子科技股份有限公司首席科學(xué)家、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中科院量子信息重點實驗室韓正甫告訴科技日報記者。

　　韓正甫說，經(jīng)典計算機以電壓高低代表數(shù)字 1 或0，即為一比特（bit）。

　　而量子計算機里對應(yīng)的是量子比特（Q-bit），那可能是自旋箭頭向上或向下的一個電子，也可能是“立直振動”或“躺平振動”的光波……等等。

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　　傳統(tǒng)計算電路由各種“邏輯門”組成，對應(yīng)的就是量子計算機的各種“量子邏輯門”。都是根據(jù)一定的規(guī)則，變化存儲位的 0 和1。

　　韓正甫說：“傳統(tǒng)計算機是這么玩的：一排存儲位寫進去一個初值（比如 10011001）。接下來若干步操作，每一步存儲器里邊的數(shù)都變換成另外一組數(shù)。走完程序停下來，把里面的數(shù)讀出來，比如 00101010，就是計算結(jié)果。”量子計算機同樣如此。

　　量子計算機不同之處，是丘比特（Q-bit）特別靈活，沒 bit 那么死板。它同時是 0 和1。比如：它是六成的 0 和四成的1。這讓它有了超能力。學(xué)過一點量子力學(xué)才能理解Q-bit 的奧妙。

　　模糊又精確的Q-bit

　　什么叫“它是六成的 0 和四成的1”呢？

　　補習(xí)一下高中物理：20 世紀初的實驗發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)細小到極限，就無法被準確測量。因為測量意味著干涉，哪怕你只看一眼。

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　　當(dāng)對象微小到了量子級別，它的狀態(tài)會被觀測徹底破壞。（順便一說，“一觸即潰”的效應(yīng)被用于量子通信。用量子來承載密碼，可以做到有人竊聽這個密碼信號，一定會被發(fā)覺。）這就叫“測不準原理”。東西越小，就越顯得模糊。你去測量一個電子的位置，這次測出來在北京，下次測出來在天津。我們只能說一個量子“大概率在北京“，”大概率自旋箭頭沖上“，”大概率平躺著振動“……

　　這些概率，是可以多次測量確定的，雖然單次測量的讀數(shù)不一定。

　　所以量子比特是模糊的也是精確的：同一個數(shù)時而讀出0，時而讀出1；但多次去讀，出現(xiàn) 0 的概率會趨于一個定值，比如說 60%。

　　為什么量子計算更快？

　　“在傳統(tǒng)計算機里，一個高電壓疊加另一個高電壓，仍然是一個高電壓；量子比特的疊加則不同。”韓正甫說。

　　量子比特存儲的是一個矢量，就好像一個時鐘，時針對應(yīng)著概率。

　　時針可以指向零點（量子比特讀數(shù) 100% 是0），或指向三點（讀數(shù) 100% 是1）?；蛑赶蛞稽c半（50% 是0，50% 是1），或指向任意一個角度。

　　傳統(tǒng)計算機存儲的是“10011001”。

　　量子計算機存儲的是“鐘鐘鐘鐘鐘鐘鐘鐘”。（請自行想象酒店大堂掛的一排）。

傳統(tǒng)計算中，1 和 0 疊加為1，再疊加一個1，得到0。

　　量子計算中，“三點”和“零點”疊加為“一點半”，再疊加“三點”，得到的是“兩點一刻”。

　　比起 bit，Q-bit 更有表現(xiàn)力。一個Q-bit 可蘊含無限復(fù)雜的數(shù)字。在這個意義上“以一抵多”。一個Q-bit 投入變換，等于多位數(shù)字一起變換，即所謂“并行計算”。

　　并行計算潛力發(fā)揮到極限的情況下，量子計算機的算力比起傳統(tǒng)計算機，是2^n：1。

　　但要強調(diào)的是： 量子計算機的結(jié)果來自概率統(tǒng)計。量子計算機與傳統(tǒng)不同，它要一次次重復(fù)程序，一次次地讀數(shù)（每次結(jié)果都不一樣）。周而復(fù)始，足夠多次（讓概率的可信度超過 99.99999%）后，統(tǒng)計出各量子位為 1 和 0 的比例，那才是需要的數(shù)字。所以碰上不太復(fù)雜的計算任務(wù)，量子計算可能比經(jīng)典計算機更慢。

　　彩虹與斑馬

　　有量子計算機之前，數(shù)學(xué)家就在暢想利用量子比特的“豐富內(nèi)涵”大大縮減計算時間。不過迄今數(shù)學(xué)家只證明在兩種場景中，量子計算大大快于傳統(tǒng)計算機。

　　首先是破解 RSA 算法。RSA 是現(xiàn)在最常用的加密方法，其機理是利用因數(shù)分解的困難——把兩個大質(zhì)數(shù)相乘很簡單，而把乘積拆成兩個質(zhì)數(shù)，計算機可能得算幾萬年。

　　所以銀行可以公開發(fā)送一個幾千位的數(shù)字，并掌握它的兩個質(zhì)因數(shù)，而不擔(dān)心有人算出這兩個質(zhì)因數(shù)——用于制造私有的數(shù)字鑰匙。

　　但二十多年前 Peter Shor 證明一種基于量子計算機的算法，可以輕松分解因數(shù)，這也讓學(xué)界研發(fā)量子計算機的興趣大增。

　　另一種可能的應(yīng)用是“搜尋未排序的大數(shù)據(jù)庫”，或者叫“大海撈針”。傳統(tǒng)計算機只能一個一個比對目標，而量子計算機則可以并行計算。傳統(tǒng)計算機用時是T的話，量子計算機用時是“根號T”。前者要花費 1 百萬小時的任務(wù)，后者一千小時就能解決。

　　除了以上兩類計算，量子計算機還被寄希望于未來在化學(xué)、制藥等領(lǐng)域大發(fā)神威。理由是：不同于傳統(tǒng)計算機，量子計算機是真正的模擬計算機，可以重現(xiàn)真實的自然（物理學(xué)家費曼第一個指出這點）。

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　　傳統(tǒng)比特的 0 和 1 相當(dāng)于黑白兩色，量子比特的“可以指向任何角度的時針”就相當(dāng)于全彩色譜，可顯示出任何一種顏色。

　　如果說傳統(tǒng)的存儲器是斑馬，量子存儲器里就是彩虹。世界是多彩的，用彩虹去描繪世界，當(dāng)然更直接，更便捷。

　　才剛起步

　　量子很脆弱，動不動就會崩潰。

　　“要將信息編碼在一個非常微小的東西上去，比如一個電子，或一個原子核，都首先要把它孤立開來，讓它跟周邊不作用。這種細微的控制是很難的。”韓正甫說。

　　各種量子載體都伴隨著獨特的困難，比如光子時刻前進，電磁場又左右不了它，操控起來很麻煩。目前研究者在大概在實驗幾十種載體：電子、光子、陷阱里的離子……

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　　韓正甫說：“隸屬中科大的中科院量子信息重點實驗室，現(xiàn)在教授就有 50 多人，在讀的博士生有 170 人，博士后 30 多人，一個團隊里有很多不同的組，研究的事情雖然互相可以理解，但術(shù)業(yè)有專攻，比如‘做硅’的就會去研究曝光、清洗等等半導(dǎo)體行業(yè)關(guān)心的工藝；‘做光’的研究激光發(fā)生器、振蕩器、光纖之類。”

　　“國內(nèi)從 1980 年代初開始量子光學(xué)研究?，F(xiàn)在多了不少人，但還是個冷門。專業(yè)人才稀缺。”韓正甫說，“其實全世界人才都不夠。所以谷歌花了幾億美金從加州大學(xué)圣芭芭拉分校挖了一個團隊過來，主要研究超導(dǎo)量子計算機。”

　　目前各大公司和研究機構(gòu)仍在提升量子比特量——爭取幾十個量子同時穩(wěn)定，別太快塌陷。超導(dǎo)機器為了讓環(huán)境接近絕對零度，成本高達成百上千萬美元。工程實驗機在進步，但幾時走到實用還不知道。

　　回顧 1946 年第一臺計算機 ENIAC，用了 18000 個電子管，那是一種抽成真空電子飛行其中的玻璃管。ENIAC 重 30 噸，每秒鐘僅計算 5000 次。沒有十多年后的半導(dǎo)體革命，就談不上今天的電腦和手機。

　　應(yīng)該說，量子計算機剛進入它的“真空管時代”。