量子计算机是个什么玩意？

柏拉图曾声称“真实世界”只存在于我们的想象中，我们不能确定我们是真实的还是不真实的。正如电影《黑客帝国》中所展示的，在一个科技发达的时代，科学家可以通过强大的计算机创造一个城市，而虚拟城市中的科学家可以创造另一个城市。无论是第一级虚拟化还是第二级虚拟化，生活在其中的人都很快乐，他们有思想和感情。太阳挂在蓝天上，白云漂浮在空中。没有人怀疑这个世界的真实性，也不知道他是一个电脑人工智能。

事实上，完成如此巨大的模拟并不容易。人类细胞之间的所有特征、微小变化和各种间接相互作用，以及环境温度、大气变化等。将是不可估量的巨大数据。通用计算机很难实现完整的模拟，这需要量子计算机来完成。事实上，不久前，谷歌发布了一个基于浏览器的量子计算机模拟器，那么量子计算机到底是什么呢？让我们一起接近量子计算机，揭开它的神秘面纱。

2011年5月11日，D-Wave发布了一款名为“世界上第一台商用量子计算机”的计算设备。然而，D-Wave是否真正实现了量子计算还没有被学术界广泛认可。

人们研究量子计算机的一个非常重要的起点是探索通用计算机的计算极限。当使用计算机模拟量子现象时，由于希尔伯特空间巨大，数据量变得非常大。完美模拟所需的计算时间变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字。早在1982年，富有远见的美国著名物理学家理查德·费曼就在一次公开演讲中提出了利用量子系统实现普适计算的新概念。紧接着，在1985年，英国物理学家大卫·杜塞提出了量子图灵机模型。当时，理查德·费曼认为，如果由剂量子系统组成的计算机模拟量子现象，计算时间可以大大减少，从而量子计算机的概念诞生了，人类可能已经走上了一个新的阶段。

第一波

量子计算机是一种遵循量子力学定律进行高速数学和逻辑运算、存储和处理量子信息的物理设备。量子力学的基本定律主要包括测不准原理的注2、对应原理的注3、调和原理的注4和玻尔理论的注5。量子力学的应用在生活中仍然比较普遍，例如主要由半导体材料制成的电子产品(电子的能级跃迁)、通过原子特征谱线分析材料成分(在实验室测试和天文学中的应用)、激光记录光盘、核磁共振等。

第一波内部

为了更好地理解量子计算机，我们可以从物理上把经典计算机描述为根据某些算法转换输入和输出信号序列的机器，这些算法是由计算机的内部逻辑电路实现的。与量子计算机相比，经典计算中的所有二进制输入和输出状态都是相互正交的。量子计算机的输入态和输出态是一般的叠加态注7，它们通常互不正交。量子计算机的输入由具有有限能级的量子系统来描述，例如二能级系统。

第一波量子芯片

事实上，操纵微观量子态实在太难了。到目前为止，世界上还没有真正的量子计算机。然而，这并不妨碍人们进行大胆的探索和假设。也许在不久的将来，量子计算机会出现在世界面前，来回答记者在闪光灯前提出的奇怪问题。量子计算机仍然很有希望，例如，它们在破解密码方面有很大的潜力。当今主流的非对称(公钥)加密算法，如RSA加密算法注释9，大多基于大整数的因式分解或有限域上离散指数的计算。他们破解的难度取决于解决这些问题的效率。在传统的计算机上，需要解决这两个数学问题并花费指数时间(即破解时间随着公钥长度的增加而指数增加)。这在实际应用中是不可接受的。例如，在战争中，破解敌人的加密通信是不可能的。当战争结束时，一边的一位科学家兴奋地把有裂缝的钥匙交给他沮丧的老板。有什么实际意义？