道客优

12月4日，《科学》杂志公布，中国研究团队构建的量子计算机“九章”，实现了对玻色采样问题的快速求解，其计算速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍！

量子计算机刷屏全网

网友们都为之骄傲欣喜

但一打开文章

大部分朋友看完都只能留下一地问号：

“每个字我都认识但……”

“量子计算机为啥这么快？”

别担心！

这里有一份“小白”友好解疑书

深奥的话咱们通俗地说

（本文不涉及任何理论公式和学术探讨……

因为小编也不是专业的！）

01

量子计算机是计算机吗？

首先，用一句话来概括什么是量子计算机：

量子计算机是一种使用量子力学的计算机 ，它能比普通计算机更高效地执行某些特定的计算。

所以说，量子计算机是一种计算机，但它不是简单的“进阶版”计算机。 和我们现在所理解的“电脑”差别很大 ——两者的计算形式不一样。

举个例子：

如果经典计算机是蜡烛 ，量子计算机就是电灯泡 ，二者都是为了发光，但是点亮方式不同、照亮范围也有区别。即使你不断改良蜡烛，也做不出来电灯泡。

目前的量子计算机使用的是如原子、离子、光子等物理系统，不同类型的量子计算机使用的是不同的粒子 ，这次的“九章”使用的是光子。

200秒只是短短一瞬，6亿年早已是沧海桑田。

“九章”量子计算机是如何通过量子计算达到“超快”的计算速度的？

02

量子计算机如何“超快”计算？

量子计算机 的“庞大储存量”

首先来看一下，经典计算机与量子计算机的储存方式↓

经典计算机

用一系列的0和1 来存储信息。0和1系列中的每个单位被称为比特，一比特可以被设置为0或1。

量子计算机

量子计算机用量子比特 来存储信息。每个量子比特不仅能设置为1或0 ，还可以设置为1和0 。

可以简单理解为，量子计算机每个单位储存的信息更多。

这究竟是什么意思呢？

举个例子��：

请你想一个1到10之间的数字，然后用一只手表示出来。一只手每一次只能表达一个数字 。

这就是经典计算机存储数据的根本规律。只不过计算机比我们的手指头更快，但它的一个比特位，仍然只能存储一个二进制数。

但是，如果换成量子计算机，那表达数字的方式立即就被颠覆了 。

再比如，一只手能表达出10个数字。但手伸出来之前，会表示哪个数字，是不确定的。

这正是量子计算机的存储单元——量子比特， 的存储方式。它储存的不是具体的数据，而是所有可能出现的数据的出现概率。

手在伸出之前都具有不确定性。但量子比特将所有可以用这只手表达的数字，全部都叠加 在一起了。你只用了一只手，就存储10个不同的数字，每个数字出现的概率都是10%。

一只手能表达出的数字很有限，同时存储10个数字，算不上什么神奇的事情。但不断扩大，10只手、100只手，都能够全部叠加储存 到量子比特中，这就是量子比特的威力所在。

量子计算机因而能够同时承载更多内容。普通的计算机单元一次只能处理一个比特；量子计算机则可以一次处理 1 个“量子比特”，从而使处理速度大大提升。

量子世界本质上是平行的

量子计算机不光有强大的储存能力，它的并行计算的能力也十分强大。就像在房间内开灯，光可以在一瞬间穿过墙壁上的所有缝隙。量子计算机能够进行高速并行的量子计算，就是这个原理。

举个例子��：

假设有一个黑盒子，左边伸出1000根电线头，右边也伸出1000根电线头，但其实只有1根电线是连通 的，请问，你该如何找到这根连通的电线呢？

答案需要尝试1000×1000次，也就是要100万次 才能找到答案。

但如果用量子计算机解决这个问题，就简单多了。

△量子计算机的实际操作过程

刚刚我们说过，量子比特的存储是所有可能的数字叠加在一起存储的。那么从1到1000，其实就只是一组量子比特而已。也就是说，只需要一次计算，量子计算机就同时把所有的可能都考虑进去了。它可以一次性地找到那根连通的电线。通过并行计算，实现了100万倍的效率提升。

这量子计算机到底怎么算，你看（mei）懂（kan）了（dong）吗？

03

为何“九章”如此重要？

“九章”的问世是我国在量子科技领域实现的又一飞跃，它的意义是多方面的。

首先是在计算机、IT和数学领域， 如实现“量子计算优越性”，在某个特定问题上的计算能力远超现有最强的传统计算机。此外，它还可以通过量子计算机建立量子通信网络和量子互联网等。

其次，在实用性上 ，量子计算机有广阔的空间和范围，如密码破译、大数据优化、材料设计等，都可以获得量子计算机的支持，从而解决重大的国计民生问题，并产生巨大的经济价值。正如有科学家预言，量子计算机会被广泛使用，甚至每个人都可以使用。

同时，量子计算机的发展，会为人工智能加持 ，从而减少AI应用方面的错误，并创造出允许早期诊断问题的智能系统。

值得一提的是，它还与药物研发息息相关 。如果运用量子计算机，只要其计算速度快过经典计算机100~1000倍，就有可能让筛选药物前期分子的效率提高到90%以上，费用也更为减少。不过，能否获得真正有效的药物分子，还要看后期的生物实验。

此外，量子计算机的快速运算还有平常却广泛的运用 。例如，送货车如何选择最有效率的路线送货，可以借助量子计算机的帮助。这也绝非“大材小用”。

04

量子计算离实用还有多远？

对于量子计算机的研究，本领域内的国际同行公认有三个指标性的发展阶段：

第一阶段， 对于一些超级计算机无法解决的高复杂度特定问题实现高效求解，实现计算科学中“量子计算优越性” 的里程碑。

第二阶段， 研制可相干操纵数百个量子比特的量子模拟机 ，用于解决若干超级计算机无法胜任的具有重大实用价值的问题（如量子化学、新材料设计、优化算法等）。

第三阶段， 研制可编程的通用量子计算原型机 。

经典计算机从专用机发展到通用机，走过了几十年历程，现在的量子计算机就还处在最早期的专用机时代。就算是最快的“九章”，也只跨越了第一阶段。但不可否认，“九章”的问世是一个巨大的鼓舞，未来可期。

量子时代，你期待吗？

监制丨唐怡

制片人丨郑弘 张庆

策划丨 关美璐