（文章來源：36氪）

在數(shù)十萬年的時間里，以前人類僅有的工具是棍棒、石頭、大腦，最后是火。我們發(fā)明的最偉大的工具是電腦。從20世紀(jì)中期到現(xiàn)在，我們已經(jīng)進(jìn)入了一個指數(shù)級發(fā)展的領(lǐng)域，處理能力大約每隔幾年就會翻一番。英特爾(Intel)創(chuàng)始人戈登摩爾(Gordon Moore)在1965年觀察到，微芯片上的晶體管數(shù)量似乎每兩年就翻一番，從而以更低的成本獲得更高的計算能力。這種增長速度創(chuàng)造了如今的現(xiàn)代世界。但是現(xiàn)在這個被稱為摩爾定律的定律已經(jīng)達(dá)到了極限，因為計算機(jī)部件越來越接近原子大小。

計算機(jī)本質(zhì)上是簡單部件的集合，每個部件都有明確的用處：內(nèi)存存儲、通過邏輯和數(shù)學(xué)處理數(shù)據(jù)，以及提供通過指令控制所有數(shù)據(jù)的方法。計算機(jī)芯片是最基本的部件之一。每個芯片都有不同的模塊，每個模塊都會做一些特定的事情。每個模塊都有晶體管構(gòu)成的邏輯門。晶體管是0位或1位的“位”，可開可關(guān)。一堆晶體管構(gòu)成邏輯門，允許進(jìn)行組合，從而進(jìn)行更高級的運(yùn)算，如乘法和除法。有了這些，你就可以計算出大量的信息，這使得我們可以做一些重要的工作。

晶體管是打開或關(guān)閉電子流的開關(guān)。在這個層次上，隨著晶體管變得越來越小，我們發(fā)現(xiàn)自己正接近量子物理學(xué)所規(guī)定的微小尺度?，F(xiàn)在，一個晶體管為40納米或者更小，幾乎比你體內(nèi)的一個細(xì)胞小500倍。從本質(zhì)上講，晶體管的運(yùn)作接近于一個原子大小。在這個層面上，電子不需要流動——它們可以通過“量子隧穿”來移動。

為了在量子層面上利用物理學(xué)，科學(xué)家們正在制造量子計算機(jī)。我們現(xiàn)在有了量子位元，而不是用位元作為最小的信息單位。正如位元有兩種狀態(tài)，量子位元也只代表兩種狀態(tài)，但它們可以用原子的任何物理性質(zhì)來設(shè)定，比如粒子的自旋或磁場，或水平/垂直偏振。除此之外，在量子物理中，狀態(tài)不一定是開或關(guān)/是或否——它們還可以進(jìn)行 “疊加”，“疊加”就是允許粒子處于這些狀態(tài)的任意組合或比例的量子屬性。就像薛定諤的貓一樣，其中的粒子可以是任何東西，但當(dāng)你實際測試或觀察它時，它只會是一種狀態(tài)。所以，當(dāng)你不觀察它的時候，粒子可以部分垂直偏振也可以部分水平偏振，但是當(dāng)你觀察它的時候，粒子只會顯示其中的一種狀態(tài)。

疊加真正的含義是我們現(xiàn)在有了大量的潛在組合。在常規(guī)計算中，4位總共產(chǎn)生16種可能的組合，但你只能使用其中的一種。然而，4個量子位則可以一次存儲16個值。

量子位元的另一個令人驚嘆的特性是量子糾纏，即無論它們在物理世界中相距多遠(yuǎn)，兩個量子位元都能神秘地連結(jié)在一起，并對彼此的狀態(tài)作出反應(yīng)。利用這個特性，我們可以測量一個量子位，同時也可以知道它的糾纏量子位的特性。

還有一個我們可以利用的特性叫做量子操縱。我們常規(guī)的計算邏輯門得到一組輸入，然后給出一個輸出?！傲孔娱T”接收疊加的量子位元的輸入，旋轉(zhuǎn)機(jī)率，然后輸出一個新的疊加。這時量子位就可以測量了，我們就得到了表示我們需要的數(shù)據(jù)的0和1。這里的關(guān)鍵是，所有可能的答案都是同時生成的，而不僅僅是傳統(tǒng)邏輯門中的單個輸出。我們得到的答案可能是正確的，但也有極小的可能不是正確的。但是，因為所有的可能性都已經(jīng)準(zhǔn)備好了，所以很快就可以得到完全正確的那個答案。

雖然不完美，但真正使量子計算超越存儲容量的是它的速度和效率。其中一個很好的應(yīng)用是數(shù)據(jù)庫。我們現(xiàn)在可以存儲驚人數(shù)量的數(shù)據(jù)，而且搜索速度也比傳統(tǒng)計算快得多。量子計算將幫助我們理解人類自己創(chuàng)造的海量數(shù)據(jù)，從而解決一些非常有趣的問題。有些系統(tǒng)每天會產(chǎn)生數(shù)十億的數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)里可能隱藏著解決一些社會問題的方案。

量子計算還可以以驚人的速度生成大量的計算和概率，這也有利于模擬。這些量子模擬將幫助我們研究天氣、遺傳學(xué)和疾病、量子物理，以及任何需要大量數(shù)字運(yùn)算的東西。
（責(zé)任編輯：fqj）