2013年5月，谷歌、NASA和美國大學(xué)空間研究聯(lián)合會聯(lián)合買下了加拿大D-Wave Systems公司制造的第二代量子計(jì)算機(jī)D-Wave Two。 D-Wave Two 配備了一個512量子位的Vesuvius處理器，測試結(jié)果顯示，芯片運(yùn)行速度是當(dāng)時Intel最快芯片的1000倍，而在某些特定隨機(jī)實(shí)例方面，D-Wave Two的芯片運(yùn)行速度是傳統(tǒng)解算機(jī)組合的35500倍。

3年后，時間推至2016年5月，IBM發(fā)布了一項(xiàng)免費(fèi)的量子計(jì)算云服務(wù)，宣稱要讓所有人都可以使用其五量子位的量子計(jì)算機(jī)，用戶在接入互聯(lián)網(wǎng)的前提下， 只需要利用一個簡單的軟件接口就可以訪問該量子計(jì)算機(jī)。

既然科技巨頭們都對量子計(jì)算機(jī)親睞有加，那我們今天就來聊聊關(guān)于它的那些事。

量子計(jì)算機(jī)的原理

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經(jīng)典信號，輸入信號序列按一定算法進(jìn)行變換，由計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯電路來實(shí)現(xiàn)有關(guān)的信息分析。因?yàn)楸菊鲬B(tài)的的兩個區(qū)間限制，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)只能在0和1兩個比特之間進(jìn)行正交變換，每一步都有既定的正交態(tài)路線，且不能出現(xiàn)對應(yīng)的路線疊加。也就是說傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的通用計(jì)算是在一個具有限制的框架中進(jìn)行的，而你不能打破這個框架，不然就毀掉了整個系統(tǒng)機(jī)制。

而量子計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的不同就在這里，量子不像半導(dǎo)體只能記錄0與1，它可以同時表示多種狀態(tài)。因?yàn)檫@個自帶優(yōu)勢，量子計(jì)算機(jī)的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交。

從某種程度上來說，量子計(jì)算對傳統(tǒng)計(jì)算方式做了一個很大的擴(kuò)充，它可以在傳統(tǒng)的算法基礎(chǔ)上融合更多的數(shù)據(jù)信息，并不斷的整合疊加，且不用按既定的路線走。而在此基礎(chǔ)上，再借由量子之間的相干性，整體的傳輸、分析速率就有了一個超倍的提升。

量子相干性的結(jié)論來自于“電子向右自旋”和“正電子向左自旋”狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的假想實(shí)驗(yàn)：高能加速器中，由能量生成的一個電子和一個正電子朝著相反的方向飛行，沒有人觀測時，兩者都處于向右和向左自旋的疊加態(tài)，當(dāng)有人以主觀的視覺方式去觀察兩個電子時，就會出現(xiàn)視覺差，而當(dāng)一方處于向右自旋的狀態(tài)，那么在能量守恒定律的限制下，正電子就一定處于向左自旋的狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論表明，每一個量子單元之間都存在著并行的必然聯(lián)系（每有兩個量子比特串列，就會作為一個整體動作），你只需要對一個量子比特進(jìn)行處理，影響就會立即傳送到串列中多余的量子比特。而這一特點(diǎn)，也正是量子計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行高速運(yùn)算的關(guān)鍵。

量子計(jì)算機(jī)能否在未來普及？

先來了解一下量子計(jì)算機(jī)的概念：量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時，它就是量子計(jì)算機(jī)。

換句話來說，量子計(jì)算機(jī)可能并不需要一體化的硬件適配，只需要一個整合而來的系統(tǒng)機(jī)制在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上做一些適當(dāng)?shù)母膭泳湍軐?shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)內(nèi)的量子理論。因此從轉(zhuǎn)換的角度來看，并不需要耗費(fèi)很多的資源，所以量子計(jì)算機(jī)應(yīng)該是廠商們未來都想深入的藍(lán)海。

量子計(jì)算機(jī)內(nèi)的量子論把人們在宏觀世界里建立起來的“常識”和“直覺”打了個七零八落。但實(shí)際應(yīng)用過程中，你能感受到的除了運(yùn)算速度上的高效，幾乎沒有什么其它的變化，因?yàn)槟切┒际强蒲泄疽フ弦?guī)劃的事。所以從用戶的市場接受度來講，量子計(jì)算機(jī)也并未改善用戶們的日常使用習(xí)慣。

再來看一組數(shù)據(jù)：歐盟已經(jīng)計(jì)劃于2018年啟動總額10億歐元的量子技術(shù)項(xiàng)目；中國于2013年6月8日也成功實(shí)現(xiàn)了用量子計(jì)算機(jī)求解線性方程組的實(shí)驗(yàn)； 2011年4月，一個成員來自澳大利亞和日本的科研團(tuán)隊(duì)在量子通信方面取得突破，實(shí)現(xiàn)了量子信息的完整傳輸……可見，很多國家早幾年都已經(jīng)量子計(jì)算機(jī)技術(shù)方面有淺層的科研效果，可見其所具備的潛力之大。所以站在既定的市場發(fā)展角度來看，它的普及也是必然的。

當(dāng)然，這跟它高效的工作效率息息相關(guān)，也跟它所能廣闊涉獵的領(lǐng)域有著密不可分的關(guān)系。

量子計(jì)算機(jī)能為我們帶來什么？

　　安全高效的隱私保護(hù)

因?yàn)榱孔硬豢煽寺〉脑?，用戶所在網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于搜索、支付等的私密信息任何人都不會得到保存?zhèn)浞?。換而言之，量子計(jì)算機(jī)如果真的在市場上普及之后，基本上就是為用戶帶去了一個閱后即焚、搜后即刪、輸后即消的完美體驗(yàn)。

精準(zhǔn)無誤的天氣預(yù)報

量子計(jì)算機(jī)可以幫助建立更好的氣象模型，讓我們更深入地了解人類如何影響環(huán)境，并幫助我們確定現(xiàn)在能夠采取哪些措施，以便能預(yù)防災(zāi)難發(fā)生。

新型產(chǎn)品的發(fā)現(xiàn)

沿用了來自于量子力學(xué)的實(shí)際應(yīng)用理論，量子計(jì)算機(jī)可以在多個與之相關(guān)的領(lǐng)域貢獻(xiàn)自己的核心優(yōu)勢，比如化學(xué)、物理、生物等學(xué)科，到時，新藥品的發(fā)現(xiàn)、新元素、新生物的研究在精確的高效分析下都會有一個質(zhì)的提升。

解決道路擁堵

量子計(jì)算機(jī)可以簡化空中和地面交通控制的工作量，以超快速超高效的計(jì)算方式在微秒內(nèi)迅速計(jì)算出最佳行駛路線。如果你計(jì)劃公路旅行，期間要在10個不同的地方停留，普通計(jì)算機(jī)可能需要單獨(dú)計(jì)算所有可能路線的長度，然后篩選出最佳路線。而因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)可以多線疊加，所以它可以不同時計(jì)算所有路線的長度。

進(jìn)化人工智能

量子計(jì)算機(jī)的可以在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上為人工智能的進(jìn)化學(xué)習(xí)帶來一個飛躍和提升，它可以在超能的基礎(chǔ)上讓機(jī)器學(xué)習(xí)變得更為超效。比如它可以讓W(xué)atson一樣的人工智能形態(tài)提前具備多項(xiàng)的邏輯分析能力，再比如它可以通過自我糾錯功能自主糾正程序中出現(xiàn)的亂碼以及出現(xiàn)在機(jī)器人身上的惡意程序代碼等。

助益商用

量子計(jì)算機(jī)一旦在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破以后，必定能在醫(yī)療、金融等方面帶來很大的助益，而在與Watson一樣的智能形態(tài)規(guī)劃下，它可以進(jìn)一步升級到一個近乎完美的狀態(tài)，瞬間解決每個領(lǐng)域所遇到的棘手難題。

軍事

量子計(jì)算機(jī)可以比普通電腦或人類更為高效快速的篩選大量數(shù)據(jù)，并在可用的相關(guān)信息內(nèi)做進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析，它可以丟掉那些用途細(xì)微的信息，加強(qiáng)主導(dǎo)數(shù)據(jù)信息的延展分析。而具有不可克隆性的自身優(yōu)勢也可以讓它在衛(wèi)星通訊上有一個良好的軍事保障。

量子計(jì)算機(jī)是下一個科技的拐角點(diǎn)，它所能帶來的影響也并不是我們這一點(diǎn)信息就能完整說完的。而就目前的市場發(fā)展現(xiàn)狀來看，一切都還只是一個開始，量子計(jì)算機(jī)在技術(shù)上仍然有很長的一段路程要走。