揭開量子計算機的神秘面紗

李青

如果我們在谷歌的搜索框輸入“computer”，0.58秒就能得到30多億個相關的搜索結果，這個速度夠快吧！過去50多年里，半導體技術得到了長足發展，嵌在芯片上的晶體管越來越小、越來越多，計算機的運算速度也越來越快。然而，芯片上晶體管和其他組件之間的距離不能無限縮小，否則會發生異常，所以，傳統計算機的運算性能終將達到某個極限。如果我們還想造出更快的計算機，該怎么辦？20世紀80年代著名物理學家理查德·費曼等人提出了“量子計算機”理論，直到近十年來，加拿大、中國、美國和澳大利亞在這方面的研究才有了新的突破。

什么是量子計算機？顧名思義，就是按照量子力學的規律進行高速數學和邏輯運算、存儲并處理量子信息的計算機。我們平時使用的計算機，它的關鍵組件是晶體管，處理信息的單元是比特，它在同一時間只能表示1或者0。而量子計算機的信息處理單元是量子位，它可以同時表示1和0，于是，兩個量子位可以同時代表4個數，三個量子位能代表8個數，依此類推，所以，一次運算可以處理多種不同的情況，從而大幅度提高運算速度。量子計算機的設計也不同于我們使用的傳統計算機，不能簡單地把晶體管和二極管搭起來了事，而是必須采用新技術讓量子位以0和1的特殊疊加狀態而存在，因此，我們目前仍然在探索更好的解決方法。

另外，只有量子計算機還不行，更重要的是還必須有能在它上面運行的各種程序。就好比個人電腦，如果沒有簡單易用的電腦操作系統和應用程序，那電腦也無法普及應用到千家萬戶。

到目前為止，量子計算機仍然處于研發階段。不過IBM預言，五年之內量子計算機的影響范圍將超出實驗室，進入主流。他們最近使用量子計算機成功模擬了氫化鈹（BeH2）中的原子鍵合，這是通過量子計算機模擬出來的最復雜的分子。未來，量子計算機將能幫助我們解決更為復雜的問題，比如尋找特殊的新材料、攻克醫學難關、數據加密、準確預測地球氣候的變化趨勢等，它將最終趕上并超越我們使用傳統計算機所能實現的成就，解決人類還沒有碰到或無法解決的難題。