神通广大的量子计算机

沈叶华

不说可能没人相信，我们今天正在使用的电脑、智能手机看似无所不能，无疑是“最强大脑”，其实它们的“智力发育”将近极限，不可能有大突破了。为什么这么说呢？因为它们的芯片（CPU）不过指甲般大小，密密麻麻插满了十亿个甚至数十亿个晶体管，再挤不下更多的了，它们的“功夫”——人们所说的数据处理能力也就到头了。

可是，人工智能仍要继续向前发展，人们渴求高大上的生活——会飞的汽车、全能的机器人、智慧的城市，要上天揽月，可下洋捉鳖……这一切还等着新型的电脑接大招呢！如果没有更智能、更强大的电脑系统来支撑、统一管理，这些前景岂不是海市蜃楼？

如果放弃晶体管，可不可以改用光子、离子、电子等粒子来制造芯片？科学家发现，用这些“子”打造出来的量子计算机芯片，比起今天的计算机晶体管芯片，更“芯”有灵犀，神通广大得多。

今天正在使用的计算机的运行基础是二进制，由“0”和“1”两个数字组成，每个位（bit）要么是“0”，要么是“1”。因此，无论计算机有多少位，有多少“0”和“1”的不同组合，在某一时刻，它只能是其中一种。假如计算机是两位，它就有4种数字组合（00、01、10、11），但在某一时刻，它只能是4种中的一种，处于其中一种状态。今天的计算机至少是32位了，它就有超过40亿种数字组合，但在某一时刻，它也只能是其中一种，处于其中一种状态。

未来的量子计算机可神奇了：每个量子位（qubit）可以同时是“0”和“1”，同时处于多种状态。这样，就因为量子计算机的位数越多，它能同时保持的状态就呈指数级上升。如果它是两位，它就有4种数字组合，在任何某个时刻，它都能处于这全部4种状态。如果它是32位，它就有超过40亿种数字组合，在任何时刻，它都能处于这全部40多亿种状态。

这种叠加状态令量子计算机具有超强的并行处理能力：同一时间处理多项任务——它像长了三头六臂，一眨眼，就能完成多如牛毛的工作，有如功夫高手，一人能从容对付一哄而上团团围身的喽啰。

以一个纸牌游戏为例：有100张纸牌，其中99张是卫兵，1张是国王。将它们的牌面翻转向下，把它们的顺序打乱，然后要计算机抽出那张国王。今天的计算机只能一张张抽，一张张翻，而未来的量子计算机一下子就能掀开100张牌，国王立即现身。再以走迷宫为例：今天的计算机要一条条路走，头撞南墙才回头，接着试另一条路能不能走得通。未来的量子计算机像孙悟空，能立马变出成千上万只小猢狲，它们瞬间同时穿行迷宫中的所有旮旯，找到出口。

因此，量子计算机将比今天的计算机快1亿至10亿倍。我国的科学家说：“如果分解一个300位的大数，目前的计算机需要15万年，量子计算机只需1秒。”

正是身怀这等绝技——秒杀海量数据，量子计算机一旦诞生后，将被委以重任。

它将利用人们千百年积累下来的数据，建立气候演变、天气变化的模型，精准计算出灾难天气的发生条件、发展程度、影响范围，推算出今后的天气，早早地预报，早早地做足预防，让旱魃涝魔难以得逞，真正是全球农作物的好卫士。

它将对数以亿计的各种物质分子进行配对化合，测试不同组合的效果，从中选择最佳的搭配，创新疗效一流的药物，药到病除令“病假”一词从词典中消失。

它将分析航天器在太空中收集到的海量數据和图片，以沙里淘金的方式从中搜出太阳系外的行星，辨别类地行星，找到我们的外星朋友……

总之，你今天以为是稀奇古怪的梦想，到那时就是平常不过的现实。

几年前，加拿大的D-Wave公司售出了号称全球第一台商用型量子计算机，但有研究人员认为，那并不是真正意义上的量子计算机。那么，量子计算机离我们还有多远？还得等多久？世界多国的科学家、企业家都在竞逐，力争拔得头筹，他们有的说要3年或5年，有的说要10年……

（编辑 文 墨）