揭开量子计算机的神秘面纱

李青

如果我们在谷歌的搜索框输入“computer”，0.58秒就能得到30多亿个相关的搜索结果，这个速度够快吧！过去50多年里，半导体技术得到了长足发展，嵌在芯片上的晶体管越来越小、越来越多，计算机的运算速度也越来越快。然而，芯片上晶体管和其他组件之间的距离不能无限缩小，否则会发生异常，所以，传统计算机的运算性能终将达到某个极限。如果我们还想造出更快的计算机，该怎么办？20世纪80年代著名物理学家理查德·费曼等人提出了“量子计算机”理论，直到近十年来，加拿大、中国、美国和澳大利亚在这方面的研究才有了新的突破。

什么是量子计算机？顾名思義，就是按照量子力学的规律进行高速数学和逻辑运算、存储并处理量子信息的计算机。我们平时使用的计算机，它的关键组件是晶体管，处理信息的单元是比特，它在同一时间只能表示1或者0。而量子计算机的信息处理单元是量子位，它可以同时表示1和0，于是，两个量子位可以同时代表4个数，三个量子位能代表8个数，依此类推，所以，一次运算可以处理多种不同的情况，从而大幅度提高运算速度。量子计算机的设计也不同于我们使用的传统计算机，不能简单地把晶体管和二极管搭起来了事，而是必须采用新技术让量子位以0和1的特殊叠加状态而存在，因此，我们目前仍然在探索更好的解决方法。

另外，只有量子计算机还不行，更重要的是还必须有能在它上面运行的各种程序。就好比个人电脑，如果没有简单易用的电脑操作系统和应用程序，那电脑也无法普及应用到千家万户。

到目前为止，量子计算机仍然处于研发阶段。不过IBM预言，五年之内量子计算机的影响范围将超出实验室，进入主流。他们最近使用量子计算机成功模拟了氢化铍（BeH2）中的原子键合，这是通过量子计算机模拟出来的最复杂的分子。未来，量子计算机将能帮助我们解决更为复杂的问题，比如寻找特殊的新材料、攻克医学难关、数据加密、准确预测地球气候的变化趋势等，它将最终赶上并超越我们使用传统计算机所能实现的成就，解决人类还没有碰到或无法解决的难题。