量子计算在现实世界的进展

当你测量一个微小的电子时，就会影响到远处另一个电子的状态，爱因斯坦把量子的纠缠和叠加称作“鬼魅般的超距作用”。即使对世界上最聪明的人来说，量子力学看起来也像魔法一样。

但这并没有阻止研究人员和技术创新者使用量子力学的神奇力量来打造量子计算机，这种计算机比当今性能最高的超级计算机还要强大得多。

让量子计算解开人类最大谜题

QuTech是一家由荷兰代尔夫特大学参与创立，主攻量子计算和量子网络的先进研究机构。它与英特尔有规模高达5000万美元的研究合作关系，它的研究人员和英特尔正在努力研发量子位计算机芯片以及使用量子力学的专用系统。这个物理学分支聚焦于非常小的原子和亚原子粒子，有可能解开自然的奥秘、管理复杂的数字互联社会，甚至可能解决一些人类面临的最大难题。

量子计算可以带来极高的计算速度、非常灵敏的探测器，并且能创建牢不可破的加密功能来保护重要的数字信息。QuTech首席科学家Vandersypen表示：

“量子计算机的强大功能可以真正应对我们想要理解的分子或材料的复杂性。”

量子计算的运作原理

当今的经典计算机基于位（bit），把信息编码为一系列的1和0。量子计算机则使用量子位（qubit），每一个量子位都可以代表多种状态：1，0，以及1和0的任意组合。

当你抛硬币时，它落下来后要么正面朝上、要么反面朝上。这就是二进制。现在想象一下——把硬币立起来旋转。它是1还是0？实际上它既是1，也是0。

这就是量子计算机和经典计算机的区别。当今的计算机可以分解几条指令，几乎同时处理它们，但是量子计算机可以并行处理多得多的指令。量子位能够代表非常多的状态，因此需要一种从根本上不同的计算方式。

英特尔量子硬件总监Clarke的团队制造了一个17量子位的超导芯片，目前正在QuTech进行测试。该芯片安装在实验室天花板悬挂的深冷圆柱形计算机内部，便于叠加和纠缠，因此超导电路的各种状态可以更快地执行指令，速度比经典计算机中使用的晶体管要快得多。

英特尔量子硬件总监Clarke手里拿的是英特尔17量子位超导测试芯片,该芯片正在由QuTech进行测试

随着更多量子位在量子计算机系统内纠缠，状态数量也呈指数增长。例如，50个纠缠的量子位可以同时代表250种状态，也就是千万亿种状态。Clarke表示：“这个数字太大了，地球上没有哪台超级计算机能够和它匹敌。如果你有300个量子位，那么它所代表的状态比宇宙中的原子数量还要多。”

量子位是很挑剔的小东西。任何噪声或振动都可能导致量子位改变状态，从而导致处理错误。关键是创建一个控制得很好的环境，这样就几乎没有波动可以影响量子位的状态。

这个测试芯片相当小——大约只有5厘米（近2英寸）——但是周围的仪器相当庞大，这是为了让量子位保持极低的温度——20毫开尔文，比宇宙深空还要冷250倍。这些所谓的稀释制冷系统乍一看似乎很吓人，Clarke解释说：“它们看上去和胶囊似的，就像你在科幻电影里看到的那样，胶囊正在孵化机器人。”

该芯片位于“冰箱”中最冷的部分，并通过带有微波连接器的电路板进行控制。为了激活量子位，研究人员会编写可转化为微波脉冲的高级指令。这导致量子位彼此旋转并相互作用。这种相互作用产生了量子计算几乎无限的并行处理能力。

量子跨入现实世界

量子计算非常适合人工智能和密码学

像亚马逊Alexa这样的数字助理所使用的人工智能应用可以从量子计算中获益。 现在，这些语音控制的助手很容易就会出错，这是因为它们通过有限的数据来运行。量子计算可帮助数字助手更像人类一样做出回应。

量子计算让机密无法破解

密码学涉及到把大数分解成质数，而这正是量子计算机所擅长的计算。

其它可能的应用

包括药物设计和材料科学（建模像蛋白质一样复杂的结构），以及物流优化（找到任何数量的可能路线中最有效的）。

虽然QuTech的研究人员正通过一系列测试运行英特尔的17量子位芯片，不过Clarke表示，他的团队正在改进其设计，并计划用更多量子位制造新芯片。英特尔也在探索不同类型的量子位，其中包括由硅制成的量子位，类似于目前英特尔微处理器中所用的晶体管。

“我们的终极目标是制造一个商用量子计算机，政府以及各行各业可用它来应对大数据的挑战。”，Clarke说，这需要至少100万个纠缠的量子位，再加上用来管理数据处理的硬件和软件架构。

QuTech的Lieven Vandersypen是量子分解领域的著名先锋

Vandersypen认为：等到这种计算机进入市场时，消费者可能就不会对量子物理学感到困惑了。年轻人在思考问题时往往更容易接受新东西，并且不受约束。

“我的孩子会比我75岁的父亲更容易理解量子。如果你告诉他们一个电子同时出现在两个地方，他们可能并不觉得不可思议。事实上，当我告诉我的孩子这一点时，他们只是点头表示同意。” Vandersypen说。