量子計算機的原型機。 據(jù)新華社

請你一定要耐心地讀完這個開頭——

中國科學技術大學潘建偉院士及其同事陸朝陽,、朱曉波等,，聯(lián)合浙江大學王浩華教授研究組，成功構建了世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機,。

這臺由中國科學家團隊自主研發(fā)的10比特（注：信息量單位,，二進制數(shù)的一位包含的信息=1比特 ）超導量子線路樣品，通過發(fā)展全局糾纏操作,，成功實現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導量子比特的糾纏和完整的測量,。

我知道的，你快要原地爆炸了,。我馬上寫大家都看得懂的“白話文”：

中國科學家發(fā)明了一臺很厲害的計算機——橫向和世界上別的同類計算機比,，它勝一籌；縱向和歷史上的計算機比,，計算能力讓前輩望塵莫及,。

這臺計算機長什么樣，到底牛到哪個程度,？

我們特別邀請浙江省海創(chuàng)科技交流研究院專家,、量子貓科學館創(chuàng)始人李志峰老師來為大家作科學解讀,。

李老師曾在奧地利維也納大學理論物理就讀博士,，與浙江東陽籍的潘建偉是師兄弟。

傳統(tǒng)計算機好比兩指彈琴

量子計算機就是千手觀音彈琴

Q：量子做的計算機,，量子是什么,？在哪兒呢,？

量子是一個能量的最小單位，所有的微觀粒子包括分子,、原子,、電子、光子,，它們都是量子的一種表現(xiàn)形態(tài),。

這個世界本身都是由微觀粒子組成的。所以某種意義上講,，我們這個世界就是由量子組成的,。

人類可都是24K純量子產(chǎn)品?！班邸?，大家呼一口氣，那就是上萬億量子的進出,。

到本世紀初,，在人們的周圍隨處可見直接或間接運用量子理論的技術和裝置：從常見的CD唱片機到龐大的現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)，從無水涂料到激光制動車閘,，從醫(yī)院的磁共振成像儀到隧道掃描顯微鏡……量子技術已經(jīng)滲透到人們的生活中,。

Q：中國這臺量子計算機，是世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機,，它比前輩牛在哪里,？

早期經(jīng)典的計算機是二進制的。意思是說,，它們只能用“0”和“1”,，來記錄所有的信息狀態(tài)，每一步能做到的只有2的一次方——2次運算,。

量子計算機,，由量子狀態(tài)來描述信息，它們擁有更快速的運算方式,。

比如,，2個量子態(tài)（也可以稱作“2個比特”）的量子計算機，每一步可做到2的2次方——也就是4次運算,。3個比特的量子計算機,，每一步可以對信息做到2的3次方——8次計算。

中國科學家現(xiàn)在能把量子計算機做到什么水平呢,？

中國的量子計算機有10個比特,。也就是說，這臺量子計算機,，每一步可做2的10次方,，也就是1024次運算,。

舉個例子，如果傳統(tǒng)計算機,，好比兩個手指戳戳鋼琴鍵,，那么中國的這臺量子計算機就相當于是千手觀音彈鋼琴，有1024個手指,，在同時操作,。

這樣彈出來的樂曲是不是要豐富、流暢得多,？

中國量子計算機的首次實驗測試,，也證明了它的速度優(yōu)勢——不僅比國際同行類似的實驗加快至少2.4萬倍。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。

全世界都在攻關量子計算機

為什么這么難制造

Q：這臺量子計算機已經(jīng)成型了嗎,？

目前這臺機器還處于原始狀態(tài),，是一臺只有元器件和光學儀器的原型機。大小大約占3平方米不到,。

Q：3平方米也不小了,，量子計算機以后可以出筆記本電腦嗎？

如果做到更加實用化,，比如將核心元件壓縮成CPU,，量子計算機體積也可以大幅縮小。

Q：對于量子計算機能夠容納多少個光量子,，世界上的幾個團隊一直在暗暗較勁,。

2015年，谷歌,、NASA（美國航天航空局）和加州大學圣芭芭拉分校宣布實現(xiàn)了9個超導量子比特的高精度操縱,。

今年上半年，谷歌也曾宣布要發(fā)布10比特的量子計算機,，結(jié)果被中國科學家團隊超車,。

接下去，大家還要繼續(xù)1個比特挨著1個比特地“咬”,，以至于達到“量子霸權”,。

為什么大家都在緊咬這個研究，“量子霸權”到底牛在哪里,？

“量子霸權”是加州理工學院物理學家John　Preskill發(fā)明的名詞,。

通俗來講就是：目前的超級計算機系統(tǒng)，能完成5到20個量子比特的量子計算機所做的事情。但達到約50個量子比特之后,，量子計算機的能力將一騎絕塵，超級計算機只能望“量子”興嘆,。

50比特的量子計算機,，一步就能進行2的50次方運算，等于1125899906842000,，即一千萬億次計算,，已經(jīng)達到全球排名第五、中國天河一號超級計算機現(xiàn)在的計算能力,。

如果真的到了那一天,，現(xiàn)在的電子計算機就相當于以前的算盤，顯得笨重又古老了,。

Q：為什么光量子的量越多,，量子計算機越難制造？

量子計算機中的量子,，必須處于彼此糾纏的狀態(tài)中才能工作,。而光量子數(shù)量越多，糾纏狀態(tài)的穩(wěn)定性就越差,。

Q：潘建偉團隊是怎么把量子糾纏起來的,？

在-220℃以下的降溫超導環(huán)境中，作糾纏,。糾纏速度很快的,，“嗖”的一記，10個量子就糾纏在一起了,。

量子計算機會帶來哪些改變

至少天氣預報會更準確

Q：潘建偉團隊在2016年發(fā)射了世界首顆量子衛(wèi)星“墨子號”,。量子衛(wèi)星的一項實驗，就是驗證量子保密通信,。量子糾纏而成的密碼,，具有不可復制性和絕對安全性。一旦有人竊取密碼,，整個通信信息就會“自毀”并告知使用者,。

那么量子計算機的發(fā)明，有一項重要的功能就是解密,，那么潘教授的“矛”——量子計算機,，會不會破解他發(fā)明的“盾”——量子密鑰呢？

不能,，量子密鑰不可被破解,。

但是量子計算機有能力高效破解其他方式形成的通訊方式。當然，量子計算機有更多別的用途,。

比如,，“知乎”上最熱門的問題之一——天氣預報為什么總是不準？

因為關乎天氣變化的因素實在是太多了,。海洋,、云層、風……連地球另外一端的蝴蝶拍拍翅膀,，都有可能影響這一頭的天氣,。而目前的計算機系統(tǒng)，還搞不定那么多因素的計算,。但是換成量子計算機,，未來就可以突破這個難題，它的運算能力能讓氣象預報更爭氣