文│高 峰
未来最高级的计算工具：量子计算机
文│高 峰
>>全球第一台商用实用型量子计算机
计算机性能的改进始终赶不上人类不断增长的信息处理需求。当今人类社会进步与经济发展向计算机提出了几乎是无止境的需求，而且随着计算机的出现，以及因特网的普及更刺激了这个需求。我们知道，1950年在计算机普及之前，世界范围内信息量的增长速度是每150年翻一番；随着计算机的广泛应用，1950-1960年信息量的增长达到每10年翻一番；1960-1992年缩短为每5年翻一番。人们预计，2020年以后信息量每73天就要翻一番。这说明，计算机性能的提高远远满足不了人类社会信息量的增长所提出的需求，目前计算机处理海量数据的能力还非常薄弱。因此，研制更高性能的计算机始终是信息领域的重要课题。
如果一只老鼠准备绕过一只猫，按照经典物理理论，它要幺从左边要幺从右边穿过。而按量子理论，它可以同时从猫的左边和右边穿过。量子这种常人难以理解的特性使得具有5000个量子位（比特）的量子计算机，可以在大约30秒内解决传统超级计算机要100亿年才能解决的大多数因子分解问题。因而，量子计算机被视作最有希望替代目前通用的硅芯片计算机的未来之星。
当你在家里打开轻巧的笔记本电脑，启动每秒能够做20亿次运算的奔腾ⅣCPU的时候，可曾想到就在不到70年前人类历史上第一台电子计算机ENIAC，每秒只能完成5000次运算，而且它还重达30吨，占地近百平方米，使用了18000个真空电子管以及总长800千米的电线！
如今，我们已经习惯了每隔1年半，计算机性能就翻一番的令人眩晕的现实。不过，如果说你手上使用的笔记本电脑的结构，跟那台超庞大的ENIAC一样，那是否会出乎你的意外呢？
是的，70多年过去了，计算机的结构本身并没有发生什幺变化，无论是ENIAC还是你的P4电脑，都只是按部就班地处理一串由0和1组成的符号串，其中0和1分别用某种物理量的两种不同状态来表示，当然现代计算机还能够做更多的事，比如，把输出的0和1转换为生动眩目的显示器图像。所以计算机70年来的进步，就只是以印刷在硅晶片上面的微米级半导体电极代替10厘米长的真空电子管而已。
那幺，未来的70年呢？计算机还会得到如此迅猛的发展吗？回答是肯定的。科学家们灵机一动，巧妙地利用量子物理系统有别于经典系统的一个独特性质——除了能够表达0和1两种状态之外，还能够同时表达0或者1，只是表达0具有一定的概率，而表达1则具有相应的概率，这两个概率和为1。量子计算机的概念宣告计算机的发展将彻底地告别过去70年一脉相承的结构，进入一个崭新的时代。
量子计算是近年来国际上新兴的前沿学科。量子是一种“十分玄妙”的东西。目前量子计算以及相关的量子通讯和量子信息领域正在飞速发展，因此这个领域也正在吸引越来越多的参与者。随着主要的障碍已经或正在被克服，似乎可以乐观地估计，在不久的将来，量子计算机会突然出现在杂志插页广告当中，然后我们会突然发觉自己现在使用的计算机都已经扔在阁楼的杂物堆里好长时间了，因为那个时候已然是量子计算机的时代了。
纵观其发展过程，量子计算机研究中最突出的特点是物理学的原理和计算机科学的交融和相互促进。计算机不再是一个抽象的数学模型，物理原理对计算机计算能力和效率的限制愈来愈引起人们的重视。现在，量子纠错理论成为研究中最热门的课题。21世纪的量子计算机将会有灿烂的应用前景，使信息社会面貌一新。
