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上個月，在《自然》雜誌10月23日發表的一篇論文中，研究者稱谷歌團隊研發的量子計算機“西卡莫（Sycamore）”僅用200秒就能完成一次運算任務。而且這一運算任務非同尋常——這一任務即使由目前世界上最強大的傳統超級計算機來運算，也需要耗費1萬年以上的時間。
此研究成果一發布，震驚全球。相關報道接踵而至，甭管人願不願意，一時間大家被強行科普各種知識，並都不約而同地響應號召，發出一聲“斯國一”的呼聲。人人都是場面擔當，撐場技術槓槓滴（包括小芯）。
據相關業內專家介紹，其實沒啥，這只是量子計算運算能力的冰山一角。目前這項技術的發展水平就好比1903年賴特兄弟在基蒂霍克進行的驅動飛機起飛測試：量子計算才剛剛啟航，但最終我們必將手摘星辰。
數十萬年來，人類僅有的工具是棍子、石頭、大腦，最後是火種。但是我們發明了最偉大的工具——計算機。
從20世紀中葉到現在，在極短的時間裡，計算機的處理能力幾乎每隔幾年就翻一番，現在我們已經進入了指數級增長的時代。1965年，英特爾創始人戈登·摩爾（Gordon Moore）觀察到，微芯片上的晶體管數量似乎每兩年便會增加一倍，因此成本便會降低，計算機性能也會提高。這種增長趨勢造就瞭如今的現代世界。但是現在，由於計算機零件越來越接近原子尺寸，該法則，即摩爾定律，即將達到極限。
計算機本質上是簡單零件的集合，每個零件都有明確的職責。有的負責存儲，有的依據邏輯運算和數字運算處理數據，還有的負責通過指令控制所有零件。
計算機芯片是最基本的零件之一。每個芯片包含各種模塊，每個模塊都有特定的功能，都有由晶體管制成的邏輯門。晶體管的連通與斷開表現為二進制中的0或1，即開或關。邏輯門由一系列晶體管組成，這些晶體管可以自由組合進行更高級的運算，例如乘法和除法。有了這些晶體管，就可以對大量的信息進行計算，這樣一來，人們就能夠從事重要的工作，比如科學研究，當然了，還可以打遊戲！打遊戲！打遊戲！（重要的事情說三遍）
目前，一個晶體管制程可以達到40納米甚至更小，幾乎只有人體平均細胞大小的500分之一
晶體管是電子流的開關。宏觀層面上看，晶體管越來越小，越來越接近量子物理學所規定的最小尺度。目前，一個晶體管制程可以達到40納米甚至更小，幾乎只有人體平均細胞大小的500分之一。
本質上而言，目前晶體管的工作規模已經接近原子級。在這一層面上，電子不需要流動——它們可以通過“量子隧穿”移動。
因此，利用量子物理學，我們可以製造量子計算機。現在，因為有了量子比特，比特不再是最小的信息單位了。正如比特具有兩種狀態一樣，量子比特也僅呈現兩種狀態，但是這些狀態可以用原子的任何物理性質（例如粒子的自旋、磁場、水平/垂直極化）來描述。
除此之外，在量子物理學中，狀態並非只能是兩種（“開”或“關”/“是”或“否”）——它們還可以“疊加”。疊加是一種量子特性，意味著粒子的狀態可以是上述狀態的任意結合或按比例疊加。就像薛定諤的貓一樣，粒子可以成為任何東西，但是在實際檢測或觀察的時候，它只會處於一種狀態。因此，不觀察的時候，粒子可能會部分垂直極化、部分水平極化。而觀察的時候，粒子將僅呈現這些狀態的其中一種。
疊加的真正意義在於現有的潛在組合數量會急速增長。在常規計算中，4比特會產生16種可能的組合，但是隻能使用其中一種。相比之下，4個量子比特實際上可以同時存儲所有這16個值。容量有限不再是問題。
量子比特還表現出另一個奇妙的特性——量子糾纏（quantum entanglement）。無論兩個量子比特在物理世界中有多遠，它們都會神秘地聯接在一起，對彼此的狀態做出反應。利用這一特性，我們可以測量一個量子比特，同時知道與其糾纏的量子比特的屬性。
量子互聯網將極大拓寬信息獲取渠道，分佈式計算工作有望達到新高度
一句題外話，量子糾纏也促進了量子隱形傳態的研究。只要將一對已經糾纏的粒子放置在不同的地點，無論它們之間相隔多遠，都可以利用傳統的通信方法將其中一個粒子的狀態發送給糾纏的另一方。
另一個可以利用的量子特性稱為量子比特操縱。常規的計算邏輯門得到一組輸入，給出一個輸出。“量子門”則是輸入一個疊加的量子比特，旋轉它改變機率，輸出一個新的疊加。此時可以測量量子比特，得到一系列0和1來代表所需的數據。這一過程的關鍵在於所有可能的答案會同時產生，而不像傳統邏輯門僅有一個輸出。得到的答案可能是正確的，也有可能是錯誤的（儘管概率非常低）。但是，由於已知所有概率，因此檢查剩下的答案直到找到正確的答案，也不需要花費太多時間。
儘管量子計算目前並不完美，但是除存儲容量外，其真正與眾不同之處在於它的快速和高效。數據庫就是量子計算絕佳的應用之一。現在，我們可以存儲海量數據，而且搜索速度遠遠快於傳統計算。
“我個人認為，量子計算將幫助我們理解我們自身行為產生的大量數據，解決一些非常有趣的問題。有些系統每天生成數十億個數據集，而這些數據集或許可以解決一些影響社會的關鍵問題……”
——IEEE量子計算標準工作組主席威廉·赫爾利
量子計算還能以驚人的速率進行海量運算、生成大量概率，這也促進了模擬技術的發展。這些量子模擬將幫助我們研究幾乎一切需要進行大量數字運算的事物，如天氣、遺傳和疾病、量子物理學等。
基於此功能，量子計算將極大地促進以下研究領域的發展：
•化學工程和分子建模
•因子分解和密碼學
•改進對新空間發現和SETI數據（Search for ExtraTerrestrial Intelligence 搜尋地外文明）的分析
•人工智能和機器智能的發展
•土木工程和城市規劃
•反恐鬥爭中的臉部識別和模式識別
•粒子物理學建模
•基因工程和遺傳作圖
•天氣預報和氣候預測
量子互聯網將極大拓寬信息獲取渠道，分佈式計算工作有望達到新高度。
量子計算所帶來的負面影響之一是，人們利用量子計算破解密碼或其他安全防禦措施的速度會比利用傳統計算機進行的暴力破解快很多。
我們需要一個新的範例來確保進步，而量子計算就是這樣的範例。也許短期內我們不會看到家家戶戶都有量子計算機，但是科學家和研究人員已經在將其應用於大型項目了。
對當今世界而言，信息時代是一個非常繁榮的時期：計算能力的發展促進了人類絕大部分領域的驚人進步，同時也極大地提高了大多數人的生活質量。現在，我們每年產生的新數據和新知識比整個人類歷史上所記錄的還要多。但是，隨著人工思維領域不斷的發展，我們正在使用的這一工具從某些方面來看甚至比原子能更強大、更危險。
量子計算可能會消除人工智能目前發展水平和“奇點”（即未來某一時刻人工智能產生了自我意識）之間可預計的任何差距。倘若落入壞人之手，量子計算可能會被用於基因篡改，製造超級戰士或超級疾病。
因此，我們需要繼續全力推動量子計算研究，從量子計算的獨特優勢中獲益的同時也能認識到這些危險。運用好這把雙刃劍，繼續推進科技發展，為全人類的未來造福。
希望有朝一日可以實現這個目標！
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