全球最快量子电脑已亮相，预计2025年速度将提升10万倍

随着20世纪60年代以来摩尔定律的推动，计算机性能经历了指数级的增长且体积逐渐缩小，但目前正逼近物理极限。当芯片制程达到1纳米级别后，传统的晶体管制造方式将面临巨大挑战，因为电子可能通过量子隧穿效应穿透障碍物，使得现有计算模型失效。为了克服这一难题，科学家提出量子计算机的概念。在量子计算机中，信息的基本单位不再是仅具有0或1两种状态的经典比特，而是可以同时处于0和1叠加态的量子比特。这一特性意味着量子计算机能够以指数级的速度处理复杂问题，相比传统计算机展现出巨大的潜力。

20世纪60年代以来，因为摩尔定律的影响，计算机的力量一直呈指数级增长，同时体积变得更小，但这个过程即将达到物理极限，芯片的制程的一旦达到1纳米之后，再下来就是原子级别的了，但是原子级别的晶体管用现在制造工艺根本无法生产，于是就有了量子计算机概念的出现。

什么是量子计算机？我们必须弄清楚一些计算机的基础知识，简而言之，计算机是由非常简单的基本元件组成，完成一件最简单的事情，比如表示数据，处理数据，控制数据。计算机芯片则是这一系列运算的大脑，晶体管是计算机中数据处理器最简单的形式，从功能上来说，它基本上是一种开关，它可以阻止或允许信息的通过。

这些信息就是数据，我们称之为比特（BIT)。比特是一种有两个状态的物理系统，用0与1表示，晶体管结合在一起就形成逻辑门，逻辑门可以执行或，与，非，或非，与非，等逻辑运算的电路，如何对这些术语不是太了解，可以百度一下，也就相当于可以，不可以，好像可以，好像不可以的意思。

任何复杂的逻辑电路都可以由这些逻辑门组成，你可以把晶体管只是能回答基本的加减乘除的数学问题，但当他们数量达到一定规模，他们只需要进行基本运算，就能完成任何类型的复杂运算。晶体管只是一个电子开关，可以允许电子向一个方向移动。今天晶体管的典型尺寸是14纳米和7纳米，比红细胞还小500-1000倍，当晶体管缩小到只有几个原子那么大时，电子可能只是通过一个叫做量子隧穿的过程，将自己转移到通道的另一边，在量子领域传统的计算机就不再有意义了。

物理学的工作方式与我们习惯的可预测的方式大不相同，我们的技术进步正接近一个真正的物理障碍。为了解决这个问题，科学家们正试图利用这些不寻常的量子特征建造量子计算机，在普通计算机中比特是最小的信息单位，在量子计算机中最小的信息单位叫量子比特，量子比特是可以同时处于0和一两种状态的任意组合，这叫做量子叠加。量子比特是0和1的概率的叠加，即同时等于0和1，你不能预测它是什么，你一旦测量它就会塌缩成一个确定的状态。

量子叠加这种特性带来了巨大的变革，传统比特表示的数据只有二的n次方种选择，例如2比特就只有2的4次方种即16种组合，但对处于叠加状态的量子比特表示的数据来说，它同时处于这16种组合中的所有状态，而且每增加一个量子比特就能表示的数据呈指数倍增长，仅仅20位的量子比特就可以同时表示数百万种组合，这在普通计算机上可能达到的效率要高得多。

不过，量子计算机不会取代我们的家用计算机，在某些领域他们的地位要高得多，其中之一是数据库搜索，为了在数据库中找到某样东西，一台普通的计算机需要检索它的每一个条目，但使用量子计算机匹配算法寻找答案，可以节省一个指数量级的时间，这对于大型数据库来说是一个巨大的区别。

量子计算机在计算机安全领域有非常重要的应用，目前的加密系统通过公开分发的公钥加密数据，只有通过对应的私钥持有者才能解密，这种方式能够在我们浏览电子邮件或者查询银行数据的时候，确保我们的数据安全。但问题在于获得公钥之后是可以通过数学方法计算私钥，要想用这些数学方法计算私钥，传统计算机可能要消耗数年，但量子计算机可以缩短这个时间。

例如你的手机和银行之间转账的通信目前是安全的，可以防止犯罪分子篡改信息，并防止银行将钱转账到不同的银行账户，而量子计算机可以打破现有的密码学，量子计算机可以做任何快速计算机做不到的事情，这一点我们称之为量子霸权。

量子计算机变得如此强大，以至于他们能够打破现有密码学的可能。因为有一些已知的量子算法，打破了当今最常用的密码学方法，这对于网络技术安全来说是个不幸的消息。不过还好量子技术也提供了解决方案，利用量子密钥分发，可以在发送者和接收者之间安全的建立秘密密钥。如果有第三方试图窃听密码，则通讯的双方便会察觉。这种性质基于量子力学的基本原理，任何对量子系统的预测都会对系统产生干扰，第三方试图窃听密码必须用某种方式测量它，而这些测量就会带来可察觉的异常，通过量子叠加或量子纠缠态来传输信息，通讯系统便可以检测是否存在窃听，但窃听低于一定标准，一个有安全保障的密钥就可以产生了。

当量子计算机的安全性得到保障之后，它的应用前景是非常可观的。量子计算机理论上具有模拟任意自然系统的能力，同时也是发展人工智能的关键，这将会是我们文明更进一步的标志。

前段时间最劲爆的消息之一，莫过于在今年6月份，工业巨头霍尼韦尔宣称，已研制出世界上功能最强大的量子计算机。根据IBM创建的衡量量子计算机性能的体系标准，该计算机已达到了64个量子体积，是其竞争对手IBM和谷歌量子计算机的两倍。量子比特可以保持状态的时间达到了几秒钟，相较于其它量子计算机的微秒级，可以说是革命性的提高，极大地增强了系统的稳定性、容错性和编程易用性。霍尼韦尔的目标是将其量子体积每年增加10倍，霍尼韦尔公司曾销售过大型主机，但几十年前退出了这项业务。该公司量子解决方案业务总裁托尼·乌特利(Tony Uttley)表示，预计在未来五年内，其量子计算机的性能每年将提高10倍。这意味着到2025年，其量子计算机的速度将提高10万倍。

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传统计算机VS量子计算机，相当于小学生VS博士生

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