科技界就迎來(lái)了一則重磅消息：世界上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)誕生！令人振奮的是，這個(gè)“世界首臺(tái)”是貨真價(jià)實(shí)的“中國(guó)造”，屬中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事陸朝陽(yáng)、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組攻關(guān)突破的成果。

量子計(jì)算利用量子相干疊加原理，在原理上具有超快的并行計(jì)算和模擬能力，計(jì)算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈指數(shù)增長(zhǎng)，可為經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的大規(guī)模計(jì)算難題提供有效解決方案。一臺(tái)操縱50個(gè)微觀粒子的量子計(jì)算機(jī)，對(duì)特定問(wèn)題的處理能力可超過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算技術(shù)主要通過(guò)發(fā)展高精度、高效率的量子態(tài)制備與相互作用控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；孔颖忍氐南喔刹倏v。由于其巨大的潛在價(jià)值，歐美各國(guó)都在積極整合各方面研究力量和資源，開(kāi)展協(xié)同攻關(guān)，同時(shí)，谷歌、微軟、IBM等大型高科技公司也強(qiáng)勢(shì)介入量子計(jì)算研究。

基于單光子的量子計(jì)算原型機(jī)結(jié)構(gòu)

多粒子糾纏的操縱作為量子計(jì)算的技術(shù)制高點(diǎn)，一直是國(guó)際角逐的焦點(diǎn)。在光子體系方面，潘建偉團(tuán)隊(duì)在多光子糾纏領(lǐng)域始終保持著國(guó)際領(lǐng)先水平，并于2016年底把紀(jì)錄刷新至十光子糾纏。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)利用自主發(fā)展的綜合性能國(guó)際最優(yōu)的量子點(diǎn)單光子源，通過(guò)電控可編程的光量子線路，構(gòu)建了針對(duì)多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計(jì)算原型機(jī)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該原型機(jī)的“玻色取樣”不僅比之前國(guó)際同行所有類似實(shí)驗(yàn)提速至少24000倍，同時(shí)，通過(guò)和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)（ENIAC）和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)（TRADIC）運(yùn)行速度快10-100倍。5月2日，該研究成果以長(zhǎng)文的形式在線發(fā)表于《自然-光子學(xué)》。這是歷史上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的基于單光子的量子模擬機(jī)，為最終實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算能力的量子計(jì)算這一被國(guó)際學(xué)術(shù)界稱為“量子稱霸”的目標(biāo)，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。朝著這一目標(biāo)，潘建偉團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在今年年底實(shí)現(xiàn)大約20個(gè)光量子比特的操縱。

潘建偉說(shuō)，這是歷史上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的基于單光子的量子模擬機(jī)，為最終實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算能力的量子計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。5月2日，該研究成果以長(zhǎng)文的形式在線發(fā)表于《自然光子學(xué)》。 

量子計(jì)算機(jī)如何改變世界?

量子計(jì)算公司D-Wave的創(chuàng)始人之一Eric Ladizinsky在此前的有線大會(huì)上就傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)的區(qū)別作了很好地解釋。

想象一下，限你在五分鐘內(nèi)找出寫在國(guó)會(huì)圖書(shū)館的一本書(shū)某一頁(yè)的“X”（國(guó)會(huì)圖書(shū)館藏書(shū)約有五千萬(wàn)冊(cè)）。這是不可能完成的任務(wù)。但如果存在5000萬(wàn)個(gè)平行空間，在每個(gè)空間你都能瀏覽不同的書(shū)本，你會(huì)在其中一個(gè)空間發(fā)現(xiàn)你要找的“X”。

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)就好比爭(zhēng)取在五分鐘內(nèi)盡可能翻閱更多書(shū)本的瘋子；而量子計(jì)算機(jī)就能有5000萬(wàn)個(gè)分身，每個(gè)分身悠閑地查閱需要的信息。

如果你不知道上面說(shuō)的都是什么鬼，無(wú)需擔(dān)心，因?yàn)槠渌艘膊皇呛芮宄?。物理學(xué)家費(fèi)曼有這么一句名言：當(dāng)你認(rèn)為你理解量子物理學(xué)的時(shí)候，其實(shí)你是真的沒(méi)有理解。本質(zhì)的區(qū)別在于：傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)只能一個(gè)一個(gè)地按次序解決問(wèn)題，但是量子計(jì)算機(jī)卻可以在同一時(shí)間解決多個(gè)問(wèn)題。

這樣的速度具備顛覆整個(gè)行業(yè)的潛質(zhì)。不僅僅是因?yàn)槠渌俣?，量子?jì)算機(jī)可以解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不能很好處理的復(fù)雜問(wèn)題。它們?cè)诮鉀Q問(wèn)題的時(shí)候更像人類，這使得它們更勝任人類的工作。量子計(jì)算機(jī)未來(lái)的應(yīng)用前景十分令人神往：

1、真正精準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào)

量子計(jì)算公司QxBranch表示：即使擁有非常尖端的分析溫度和氣壓的工具，給定天氣系統(tǒng)的表現(xiàn)形式也具有很大的不確定性，現(xiàn)如今的天氣預(yù)報(bào)只是對(duì)未來(lái)天氣的一種猜測(cè)，只不過(guò)這個(gè)猜測(cè)是建立在一定基礎(chǔ)上。

量子計(jì)算可以在同一時(shí)間對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并告訴我們壞天氣會(huì)在何時(shí)何地出現(xiàn)。我們可以提前注意到颶風(fēng)等極端天氣，從而預(yù)留足夠的時(shí)間拯救生命。

在量子計(jì)算機(jī)的幫助下可以建立更好的氣候模型，以便人們深入了解人類活動(dòng)是如何影響環(huán)境的。基于這些模型，我們對(duì)未來(lái)氣候的變暖形勢(shì)進(jìn)行估計(jì)，并幫助我們決定采用什么樣的措施來(lái)避免災(zāi)難的發(fā)生。

2、更有效的藥物發(fā)現(xiàn)

新藥開(kāi)發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，化學(xué)家們需要對(duì)無(wú)數(shù)的分子組合進(jìn)行測(cè)試，從而找出有效對(duì)抗疾病的分子組合。這個(gè)過(guò)程可能持續(xù)數(shù)年，且耗資數(shù)百萬(wàn)美元?；瘜W(xué)家們還要對(duì)這些組合進(jìn)行后期試驗(yàn)，其中的大部分仍以失敗告終。

量子計(jì)算機(jī)能夠描繪出數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的分子組成，并將其中最有可能有效的組合快速識(shí)別出，顯著降低藥物的研發(fā)成本和周期。

用量子計(jì)算對(duì)人類基因進(jìn)行排序和分析比現(xiàn)有方法更快，可以為更多的民眾提供個(gè)性化藥物治療和醫(yī)療保健服務(wù)。

如今，許多藥物不能投入市場(chǎng)，是因?yàn)橛心敲匆恍〔糠秩藢?duì)其反應(yīng)強(qiáng)烈。因此我們經(jīng)常否定一種藥物，盡管它對(duì)一些人是有效果的。有了個(gè)性化基因分析和更好的藥理知識(shí)后，我們就可以預(yù)見(jiàn)到可能存在的不良反應(yīng)。

3、告別交通擁堵

量子計(jì)算可以很好地協(xié)調(diào)飛機(jī)航線以及地面交通控制，因?yàn)槠溆?jì)算最佳路線的性能卓越。

如果你規(guī)劃了一個(gè)含有10個(gè)不同站的行程，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要單獨(dú)計(jì)算所有可能路線的總長(zhǎng)度并挑選出其中最佳的路線。而量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)計(jì)算所有線路的長(zhǎng)度，計(jì)算出最佳路線所需的時(shí)間更短。

利用量子計(jì)算機(jī)對(duì)空中交通模式進(jìn)行深度分析，將帶來(lái)更高效的航線安排，可以有效統(tǒng)籌飛機(jī)起飛、降落時(shí)的時(shí)間從而減少出行時(shí)間。

同樣的技術(shù)可以應(yīng)用于高速公路、各種復(fù)雜的城市系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（電網(wǎng)等），從而達(dá)到高效、避免擁堵的目的。

4、加強(qiáng)軍事力量和國(guó)防建設(shè)

各式各樣的衛(wèi)星正在不間歇的收集影像數(shù)據(jù)，其數(shù)量之龐大沒(méi)有誰(shuí)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行全面檢索，因此很多數(shù)據(jù)只是被扔在一邊。在那部分被我們遺棄的數(shù)據(jù)中，我們可能會(huì)錯(cuò)失一些重要的情報(bào)。

一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)或個(gè)人要快得多，它可以篩選出那些需要進(jìn)一步仔細(xì)分析且往往容易被我們忽視和拋棄的影像。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不擅長(zhǎng)處理“誰(shuí)在哪？”這類問(wèn)題。這關(guān)乎識(shí)別能力，量子計(jì)算機(jī)能夠像人類那樣，可以很好地從復(fù)雜的背景中找出具體的細(xì)節(jié)。

5、安全、加密通信

不管我們是否意識(shí)到，我們時(shí)刻使用著加密技術(shù)。當(dāng)我們登錄電子郵箱或使用信用卡進(jìn)行網(wǎng)購(gòu)的時(shí)候，我們都需要依賴加密技術(shù)。利用量子計(jì)算機(jī)卓越的性能可以使加密更安全可靠。

這種超級(jí)安全的通信方式被稱為量子密鑰分配，當(dāng)彼此之間傳遞信息的時(shí)候，信息只有經(jīng)過(guò)密鑰破解后才能正確顯示。如果第三方截獲了密鑰，但由于量子學(xué)的特性，密鑰就會(huì)失效從而導(dǎo)致信息不能被準(zhǔn)確讀出。該通信技術(shù)的初步版本已經(jīng)在歐洲的一些地方試用。

同樣的，正如量子計(jì)算可以使通信更加安全，量子計(jì)算機(jī)可以非常容易地破解我們現(xiàn)有的加密信息。從斯諾登泄露的國(guó)家安全局的相關(guān)文件中就提出該機(jī)構(gòu)計(jì)劃開(kāi)發(fā)量子計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行加密信息的破譯工作。

如果一個(gè)黑客（或好管閑事的政府機(jī)構(gòu)）試圖染指量子計(jì)算機(jī)，那么諸如銀行、政府機(jī)構(gòu)等利用老式加密技術(shù)的部門行業(yè)就會(huì)深陷危機(jī)。

6、加快太空探索的步伐

     天文學(xué)家們利用開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡在我們生活的太陽(yáng)系之外發(fā)現(xiàn)了大約2000顆行星。開(kāi)普勒搜索需要對(duì)準(zhǔn)這些所謂的系外行星，并且還要等到他們從其歸屬的恒星前經(jīng)過(guò)。當(dāng)這種情況發(fā)生的時(shí)候，行星會(huì)投下陰影，天文學(xué)家借此進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)其大氣環(huán)境是否適合生命生存。

量子計(jì)算機(jī)可以處理任何望遠(yuǎn)鏡視野中更多的數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)更多的行星，并迅速識(shí)別出最有可能存有生命體的行星。它甚至可以從舊的影響中發(fā)現(xiàn)系外行星。

7、機(jī)器學(xué)習(xí)和自動(dòng)化

量子計(jì)算機(jī)可以像人類一樣從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)。它們能夠自我糾正，量子計(jì)算機(jī)可以對(duì)一個(gè)錯(cuò)亂的程序代碼進(jìn)行修正。這個(gè)概念被稱為機(jī)器學(xué)習(xí)，這就好比你的Facebook賬號(hào)會(huì)列出你可能喜歡的內(nèi)容，但是更復(fù)雜。

量子計(jì)算機(jī)的機(jī)器學(xué)習(xí)能力可以幫助我們更快更有效地處理很多事情，利用量子計(jì)算機(jī)對(duì)其自身功能的不斷完善，可以引領(lǐng)半自動(dòng)車輛等更高級(jí)別的人工智能。

所有的這些應(yīng)用聽(tīng)起來(lái)令人興奮不已，但在此之前我們還有很長(zhǎng)的路要走。如今，量子計(jì)算機(jī)研制工作的主要參與者包括谷歌和美國(guó)航空航天局，當(dāng)各大公司紛紛致力于高尖端技術(shù)的研發(fā)時(shí)，取得突破也就指日可待了。