科技界就迎來了一則重磅消息：世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機誕生！令人振奮的是，這個“世界首臺”是貨真價實的“中國造”，屬中國科學技術(shù)大學潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學王浩華教授研究組攻關(guān)突破的成果。

量子計算利用量子相干疊加原理，在原理上具有超快的并行計算和模擬能力，計算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈指數(shù)增長，可為經(jīng)典計算機無法解決的大規(guī)模計算難題提供有效解決方案。一臺操縱50個微觀粒子的量子計算機，對特定問題的處理能力可超過超級計算機。量子計算技術(shù)主要通過發(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)，實現(xiàn)規(guī)模化量子比特的相干操縱。由于其巨大的潛在價值，歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源，開展協(xié)同攻關(guān)，同時，谷歌、微軟、IBM等大型高科技公司也強勢介入量子計算研究。

基于單光子的量子計算原型機結(jié)構(gòu)

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

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

量子計算機如何改變世界?

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

想象一下，限你在五分鐘內(nèi)找出寫在國會圖書館的一本書某一頁的“X”（國會圖書館藏書約有五千萬冊）。這是不可能完成的任務。但如果存在5000萬個平行空間，在每個空間你都能瀏覽不同的書本，你會在其中一個空間發(fā)現(xiàn)你要找的“X”。

傳統(tǒng)的計算機就好比爭取在五分鐘內(nèi)盡可能翻閱更多書本的瘋子；而量子計算機就能有5000萬個分身，每個分身悠閑地查閱需要的信息。

如果你不知道上面說的都是什么鬼，無需擔心，因為其他人也不是很清楚。物理學家費曼有這么一句名言：當你認為你理解量子物理學的時候，其實你是真的沒有理解。本質(zhì)的區(qū)別在于：傳統(tǒng)計算機只能一個一個地按次序解決問題，但是量子計算機卻可以在同一時間解決多個問題。

這樣的速度具備顛覆整個行業(yè)的潛質(zhì)。不僅僅是因為其速度，量子計算機可以解決傳統(tǒng)計算機不能很好處理的復雜問題。它們在解決問題的時候更像人類，這使得它們更勝任人類的工作。量子計算機未來的應用前景十分令人神往：

1、真正精準的天氣預報

量子計算公司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)如今的天氣預報只是對未來天氣的一種猜測，只不過這個猜測是建立在一定基礎(chǔ)上。

量子計算可以在同一時間對所有的數(shù)據(jù)進行分析，并告訴我們壞天氣會在何時何地出現(xiàn)。我們可以提前注意到颶風等極端天氣，從而預留足夠的時間拯救生命。

在量子計算機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是如何影響環(huán)境的?；谶@些模型，我們對未來氣候的變暖形勢進行估計，并幫助我們決定采用什么樣的措施來避免災難的發(fā)生。

2、更有效的藥物發(fā)現(xiàn)

新藥開發(fā)是一個復雜的過程，化學家們需要對無數(shù)的分子組合進行測試，從而找出有效對抗疾病的分子組合。這個過程可能持續(xù)數(shù)年，且耗資數(shù)百萬美元?；瘜W家們還要對這些組合進行后期試驗，其中的大部分仍以失敗告終。

量子計算機能夠描繪出數(shù)以萬億計的分子組成，并將其中最有可能有效的組合快速識別出，顯著降低藥物的研發(fā)成本和周期。

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

如今，許多藥物不能投入市場，是因為有那么一小部分人對其反應強烈。因此我們經(jīng)常否定一種藥物，盡管它對一些人是有效果的。有了個性化基因分析和更好的藥理知識后，我們就可以預見到可能存在的不良反應。

3、告別交通擁堵

量子計算可以很好地協(xié)調(diào)飛機航線以及地面交通控制，因為其計算最佳路線的性能卓越。

如果你規(guī)劃了一個含有10個不同站的行程，傳統(tǒng)計算機需要單獨計算所有可能路線的總長度并挑選出其中最佳的路線。而量子計算機可以同時計算所有線路的長度，計算出最佳路線所需的時間更短。

利用量子計算機對空中交通模式進行深度分析，將帶來更高效的航線安排，可以有效統(tǒng)籌飛機起飛、降落時的時間從而減少出行時間。

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

4、加強軍事力量和國防建設(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)量之龐大沒有誰能夠?qū)ζ溥M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，我們可能會錯失一些重要的情報。

一臺量子計算機對海量數(shù)據(jù)的處理比傳統(tǒng)計算機或個人要快得多，它可以篩選出那些需要進一步仔細分析且往往容易被我們忽視和拋棄的影像。

傳統(tǒng)計算機不擅長處理“誰在哪？”這類問題。這關(guān)乎識別能力，量子計算機能夠像人類那樣，可以很好地從復雜的背景中找出具體的細節(jié)。

5、安全、加密通信

不管我們是否意識到，我們時刻使用著加密技術(shù)。當我們登錄電子郵箱或使用信用卡進行網(wǎng)購的時候，我們都需要依賴加密技術(shù)。利用量子計算機卓越的性能可以使加密更安全可靠。

這種超級安全的通信方式被稱為量子密鑰分配，當彼此之間傳遞信息的時候，信息只有經(jīng)過密鑰破解后才能正確顯示。如果第三方截獲了密鑰，但由于量子學的特性，密鑰就會失效從而導致信息不能被準確讀出。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，正如量子計算可以使通信更加安全，量子計算機可以非常容易地破解我們現(xiàn)有的加密信息。從斯諾登泄露的國家安全局的相關(guān)文件中就提出該機構(gòu)計劃開發(fā)量子計算機來進行加密信息的破譯工作。

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

6、加快太空探索的步伐

     天文學家們利用開普勒太空望遠鏡在我們生活的太陽系之外發(fā)現(xiàn)了大約2000顆行星。開普勒搜索需要對準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。當這種情況發(fā)生的時候，行星會投下陰影，天文學家借此進行分析和預測其大氣環(huán)境是否適合生命生存。

量子計算機可以處理任何望遠鏡視野中更多的數(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、機器學習和自動化

量子計算機可以像人類一樣從經(jīng)驗中學習。它們能夠自我糾正，量子計算機可以對一個錯亂的程序代碼進行修正。這個概念被稱為機器學習，這就好比你的Facebook賬號會列出你可能喜歡的內(nèi)容，但是更復雜。

量子計算機的機器學習能力可以幫助我們更快更有效地處理很多事情，利用量子計算機對其自身功能的不斷完善，可以引領(lǐng)半自動車輛等更高級別的人工智能。

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