量子计算机，到底有多神奇？

2011年面世的号称“全球第一款商用型量子计算机”

■ 刘恕

让计算速度“飞”起来

据来自蝌蚪五线谱的文章称，人们研究量子计算机最初很重要的一个出发点，是探索通用计算机的计算极限。早在1982年，颇有远见的美国著名物理物学家理查德·费曼在一个公开的演讲中提出利用量子体系实现通用计算的新奇想法。1985年，英国物理学家大卫·杜斯提出了量子图灵机模型。理查德·费曼当时就想到如果用量子系统所构成的计算机来模拟量子现象则运算时间可大幅度减少，从而量子计算机的概念诞生了。

量子计算的提出，则是旨在专门为复杂问题的求解设计一种全新的计算机体系，即所谓的量子计算机，是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。

业界人士认为，量子计算机的巨大突破将为云计算和大数据处理乃至整个计算机科学领域带来一场变革。

并行计算是最大优势

按照传统算法，当用户需要提取某一个词组信息或者需要解决一个问题时，计算机要先把所有可能性列举出来并验证一遍才能得到正确的信息，而量子计算机能够直接计算并提取出相应信息。这种计算称为量子并行计算，也是量子计算机最重要的优越性。

想象一下，你被要求5分钟内在国会图书馆某一本书的某页上找到一个字母“X”，这几乎是不可能的，因为那里有5000万册书。但是如果你处于5000万个平行现实中，每个现实都可以查看不同的书籍，你肯定能在其中某个现实中找到这个“X”。在这个假设中，普通计算机就是像疯子一样的那个你，需要5分钟内找遍尽可能多的书。而量子计算机却能将你复制出5000万个，每个只需翻找一本书即可。

颠覆未来生活

现在的天气预报大多是基于探测数据的推测，很难保证准确。但量子计算机可以一次分析所有数据，向我们提供更好的模型，精准地显示恶劣天气会在何时何地出现。我们可以提前预测飓风等极端天气，从而预留足够的时间拯救生命。

每天出行GPS可以帮你优化出最佳线路，但如果有了量子计算机，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都输入进去，让它计算出最优解，从而让人们彻底告别交通拥堵。

在研发药物方面，量子计算机能够描绘出数以万亿计的分子组成，并将其中最可能有效的组合快速识别出，显著降低药物的研发成本和周期。

在探索太空方面，量子计算机可以处理望远镜视野中更多的数据，从而发现更多的行星，并迅速识别出最有可能存有生命体的行星。

尽管实现这些应用还有很长的路要走，但各大公司对量子计算机的研究绝不会停止，因为它能颠覆整个世界。一旦计算速度出现质的飞越，我们生活的方方面面都会被改变。

微观操控条件苛刻

既然量子计算机已经研制成功，那为什么现在还没有普及呢？因为，它的运行要符合三个条件：真空环境、绝对零度和磁场保护，可以说，非常苛刻。

量子力学是研究微观尺度的科学，原子在常温下的速度高达数百米每秒，只有让原子保持在极低的温度状态，才能受控制。所以量子计算机D-Wave2X处理器温度一直稳定在-273℃的绝对零度上。此外，量子计算机还要放到基本没有磁场和基本相当于真空的环境中，才能保持量子态的稳定。

除了对环境要求严格，量子计算机在实际落地推广方面也会遇到一些障碍。

由于量子计算机的计算方法完全不同，因此编程的方式也完全不同并且更加复杂。这意味着，对于程序员来说，要掌握一套比现有算法更为复杂的编程方式。

事实上，实现对微观量子态的操纵确实太困难，但这并不能妨碍人们进行大胆地探索与设想，也许不久的将来量子计算机就会出现在我们的生活中。