它們?yōu)楹稳绱藦?qiáng)大？

是什么讓量子計(jì)算機(jī)如此強(qiáng)大，以至于全世界各個國家都迫不及待地想掌握這項(xiàng)新技術(shù)？

從本質(zhì)上講，所有近現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都是基于數(shù)字信息技術(shù)的，均采用一系列0和1的組合進(jìn)行編碼。信息的最小單位，即單個數(shù)字，被稱為“位”。將0和1的序列輸入數(shù)字處理器，隨后數(shù)字處理器就開始進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出結(jié)果后再輸出。例如，你的互聯(lián)網(wǎng)連接速度可以用每秒的比特?cái)?shù)（縮寫為bps）來衡量，所以1G帶寬就是指每秒有10億多個字節(jié)被發(fā)送到你的電腦，因此你可以比較流暢地實(shí)時(shí)訪問電影、電子郵件、文檔等。

然而，1959年諾貝爾獎得主理查德·費(fèi)曼觀察到了一種不同的數(shù)字信息方法。在一次名為“底部有足夠的空間”的頗具預(yù)言性、開創(chuàng)性的演講，以及后來發(fā)表的論文中，費(fèi)曼都曾提問：“為什么不考慮用原子狀態(tài)取代0和1序列從而制造出一臺原子計(jì)算機(jī)呢？為什么不用盡可能小的物質(zhì)——原子去代替晶體管呢？”

原子就像一個一直旋轉(zhuǎn)的陀螺。在磁場中，它們的位置是相對更加靈活的，可以順應(yīng)磁場產(chǎn)生向上或向下排列，以此來對應(yīng)于0或1的排列。數(shù)字計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力與計(jì)算機(jī)中的位數(shù)（0或1）直接相關(guān)。

但亞原子世界的規(guī)則是不穩(wěn)定的，因?yàn)樵涌赡苄D(zhuǎn)到兩者的任意組合當(dāng)中。例如，可能存在這樣一種狀態(tài)，原子有10%的時(shí)間是自旋向上的、90%的時(shí)間是自旋向下的，或者有65%的時(shí)間是自旋向上的、35%的時(shí)間是自旋向下的。事實(shí)上，原子自旋的這種規(guī)則可能導(dǎo)致無數(shù)種狀態(tài)，從而大大增加了去描述更多數(shù)量的各種狀態(tài)的可能性。因此，原子表現(xiàn)出能夠攜帶更多信息的屬性，這時(shí)基本單位也不再是一個比特，而是一個量子位，即同步實(shí)現(xiàn)向上和向下的不同組合。數(shù)字算法下的比特單位，每次只能攜帶一位信息，從而限制了它們的能力。對比之下，量子位的能力幾乎可以說是無限的，這是因?yàn)樵谠铀缴希骋粋€物質(zhì)往往可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)以多種不同狀態(tài)存在，這被稱為“量子疊加”。（這就意味著，常見的通用定律在原子水平上不再適用。因?yàn)樵谠舆@個特殊維度上，原子中的電子甚至可以同時(shí)在兩個不同狀態(tài)下存在，而大型物體是不可能做到這一點(diǎn)的，它們不可能同時(shí)出現(xiàn)在兩個不同地方。）

此外，這些量子位之間還可以相互作用，而這對于普通的比特來說也是不可能的，這種量子位之間的相互作用叫作“量子糾纏”。與每一個比特都是處于相對獨(dú)立的存在狀態(tài)有所不同，每當(dāng)增加一個新的量子位時(shí)，這個量子位都會與之前的所有量子位發(fā)生相互作用，從而使原來的量子位之間可能發(fā)生相互作用的次數(shù)直接增加一倍。也正因有這樣的內(nèi)在屬性，量子計(jì)算機(jī)天生就比數(shù)字計(jì)算機(jī)強(qiáng)大得多，因?yàn)槊吭黾右粋€額外量子位，交互次數(shù)就會翻倍。

舉個例子，當(dāng)下的量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)可以擁有100多個量子位。這就意味著，這些量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力相當(dāng)于那些只擁有一個量子位的超級計(jì)算機(jī)的2100 倍。

谷歌的Sycamore量子計(jì)算機(jī)就是全球第一臺實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)的計(jì)算機(jī)，其擁有的53個量子位能夠處理720億吉字節(jié)內(nèi)存。因此，在Sycamore這樣的量子計(jì)算機(jī)面前，任何傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)都相形見絀。

無論是對商業(yè)還是對科學(xué)來說，量子計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力帶來的影響都將是巨大的。當(dāng)我們從數(shù)字經(jīng)濟(jì)的世界過渡到量子經(jīng)濟(jì)的世界時(shí)，更大的風(fēng)險(xiǎn)也將隨之而來。