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一个经典计算机需要100年才能破译的代码可以在一秒钟内被量子计算机破解。
也正是看到了这样的“宇宙之力”，各大巨头开始进入量子计算领域。2017年底，IBM表示已经成功开发出50量子位量子计算处理器的原型。据报道，谷歌正在研究49个量子位芯片，英特尔和微软也增加了对量子计算的投资。
中国科学家也加快了研发步伐。2017年，中国科技大学潘剑伟和陆朝扬的研究小组成功开发出了世界上第一台超越早期传统计算机的量子计算机。
“量子计算能力”正在慢慢到来。
"量子计算将是第四次工业革命的引擎."最近，中国科学院物理研究所研究员、北京凝聚态实验室常务副主任兼首席科学家丁洪在接受《科技日报》记者采访时表示，量子计算就像1947年诞生的三极管一样，可能成为下一代颠覆性技术。
“未知意识和严重性”的量子计算到底是什么？
突破传统计算的瓶颈
从1970年到2005年，计算机的发展正如摩尔定律所预测的那样。每18个月，集成电路上可容纳的元件数量就会增加一倍，计算机的计算性能也会增加一倍。
"但这一趋势在2005年后开始放缓."丁洪说，晶体管已经进入纳米尺度时代，摩尔定律已经逐渐失效。
计算机发展有两个主要瓶颈。首先，随着晶体管尺寸的不断缩小，计算机能够容纳的部件数量也在增加，产生的热量也在增加。其次，随着组件的尺寸变小，电子将穿过组件，导致量子隧道效应，这导致经典计算机的比特变得不稳定。
什么是隧道效应？丁洪做了一个类比。“就像穿墙一样。在宏观世界里，跳高运动员可以自己跳过障碍。但是在量子世界里，你不需要如此高超的技能。如果你遇到障碍，你可以跨越它们。然而，问题本身应该足够小，障碍应该足够小。”他说。
量子计算机的出现巧妙地解决了计算机发展的瓶颈问题。丁洪说，原则上，量子计算机是可逆计算机，不会丢失信息。经典计算机是不可逆计算机，在不可逆计算过程中，每一位的操作都会有热损失。
"但是量子计算机不会取代经典计算机."丁洪说，两者有不同的应用对象，相辅相成。他们的关系就像白炽灯和激光。白炽灯和激光都可以发光，这是相关的，但是我们不使用激光来代替白炽灯照明，量子计算机也是如此。
颠覆常识的量子世界
量子物理学似乎很冷，但它已经进入我们的生活。例如，手机、电脑、发光二极管等等都使用量子物理相关技术。"原子、光子和电子都是量子."丁洪说，量子是物质的基本单位和最基本的能量载体。量子叠加和纠缠是量子物理和经典物理的区别。
什么是量子叠加？丁洪举了一个例子。在经典物理学中，从宏观角度来看，任何物质的“状态”都是确定的。例如，把一本书放在桌子上，不管是正面还是背面。在量子世界中，书可以是正的，也可以是负的，成为不确定的叠加态。
类似地，电子自旋具有叠加态。电子的自旋可以是向上或向下的。它的叠加状态是一半向上，一半向下，这是不确定的。
过去，直到薛定谔猫的实验被提出，人们才发现问题。薛定谔提议设计一个实验，其中一只猫被放在笼子里，一个毒气瓶被放在里面。这个装置有一个开关，由电子的自旋状态控制。如果它向上旋转，它会打开开关，释放有毒气体杀死猫。猫向下旋转是安全的。
所以问题是，如果电子是叠加的，猫是死了还是活着？答案是:猫半死不活。
量子纠缠甚至更加神秘。两个纠缠的粒子，不管相隔多远，观察一个粒子会立即影响另一个。"量子纠缠就像量子世界中的虫洞."当谈到理解量子纠缠时，丁洪用电影《星际穿越》中的虫洞作为类比。
拥有指数计算能力
中国科学院的郭广灿院士曾经这样解释过量子计算机的计算能力。他说量子比特可以产生两个逻辑状态0和1的相干叠加态，换句话说，它可以同时存储0和1。考虑一个有n个物理位的内存。如果是经典存储器，它只能存储2N个可能数据中的一个。如果是量子存储器，它可以同时存储2N个数据。随着氮的增加，它储存信息的能力将成倍增加。
丁洪讲述了一个关于指数增长的力量的故事。在古代印度，一位老人把他发明的象棋带给国王。国王非常高兴，决定给他一些东西。然而，老人说国王不能满足他的要求。老人的愿望是什么？
将1粒小麦放在第一格上，2粒小麦放在第二格上，4粒放在第三格上，8粒放在第四格上...直到第64格。原来这是一个天文数字。
为了开发量子计算机强大的并行计算能力，科学家在20世纪90年代提出了两种算法:无序数据库搜索和大数因子分解。
发展势头迅猛。
量子计算不仅可以应用于人工智能领域来提高机器学习的效率，还可以处理复杂的情况，如精确的天气预报。生活中的许多不便，如交通堵塞，也可以用它的算法来解决。
“(量子计算)发展非常快。”丁洪说，人们普遍认为量子计算机要到30到50年后才会出现。按照目前的发展速度，它可能会在三到五年内出现。
目前，谷歌、微软、英特尔、IBM、阿里巴巴等国际巨头都在积极参与量子计算机的研究。2017年12月13日，IBM宣布将与三星、摩根大通和巴克莱银行等12家大公司合作，共同开发量子计算。
为了加速进入量子计算机阵营，各国政府也“愿意不惜任何代价”。2013年至2015年的预算显示，欧盟在这一领域投资48亿元，美国在量子计算机研发方面投资31.5亿元，中国也投资19亿元推动量子领域的发展。目前，中国正在筹建量子信息科学国家实验室。一期工程占地810亩，总投资70亿元。(翟东东)
