“我可以有把握地說，沒有人理解量子力學。”

諾貝爾物理學獎獲得者，也是第一個將量子力學應用于計算的人----理查德·費曼如此說道。

當你測量一個微小的電子時，就會影響到遠處另一個電子的狀態(tài)，愛因斯坦把量子的糾纏和疊加稱作“鬼魅般的超距作用”。即使對世界上最聰明的人來說，量子力學看起來也像魔法一樣。

但這并沒有阻止研究人員和技術創(chuàng)新者使用量子力學的神奇力量來打造量子計算機，這種計算機比當今性能最高的超級計算機還要強大得多。

讓量子計算解開人類最大謎題

QuTech是一家由荷蘭代爾夫特大學參與創(chuàng)立，主攻量子計算和量子網(wǎng)絡的先進研究機構。它與英特爾有規(guī)模高達5000萬美元的研究合作關系，它的研究人員和英特爾正在努力研發(fā)量子位計算機芯片以及使用量子力學的專用系統(tǒng)。這個物理學分支聚焦于非常小的原子和亞原子粒子，有可能解開自然的奧秘、管理復雜的數(shù)字互聯(lián)社會，甚至可能解決一些人類面臨的最大難題。

量子計算可以帶來極高的計算速度、非常靈敏的探測器，并且能創(chuàng)建牢不可破的加密功能來保護重要的數(shù)字信息。QuTech首席科學家Vandersypen表示：

“量子計算機的強大功能可以真正應對我們想要理解的分子或材料的復雜性?！?/p>

量子計算的運作原理

當今的經(jīng)典計算機基于位（bit），把信息編碼為一系列的1和0。量子計算機則使用量子位（qubit），每一個量子位都可以代表多種狀態(tài)：1，0，以及1和0的任意組合。

當你拋硬幣時，它落下來后要么正面朝上、要么反面朝上。這就是二進制?，F(xiàn)在想象一下——把硬幣立起來旋轉。它是1還是0？實際上它既是1，也是0。

這就是量子計算機和經(jīng)典計算機的區(qū)別。當今的計算機可以分解幾條指令，幾乎同時處理它們，但是量子計算機可以并行處理多得多的指令。量子位能夠代表非常多的狀態(tài)，因此需要一種從根本上不同的計算方式。

英特爾量子硬件總監(jiān)Clarke的團隊制造了一個17量子位的超導芯片，目前正在QuTech進行測試。該芯片安裝在實驗室天花板懸掛的深冷圓柱形計算機內部，便于疊加和糾纏，因此超導電路的各種狀態(tài)可以更快地執(zhí)行指令，速度比經(jīng)典計算機中使用的晶體管要快得多。

英特爾量子硬件總監(jiān)Clarke手里拿的是

英特爾17量子位超導測試芯片

該芯片正在由QuTech進行測試

隨著更多量子位在量子計算機系統(tǒng)內糾纏，狀態(tài)數(shù)量也呈指數(shù)增長。例如，50個糾纏的量子位可以同時代表250種狀態(tài)，也就是千萬億種狀態(tài)。Clarke表示：“這個數(shù)字太大了，地球上沒有哪臺超級計算機能夠和它匹敵。如果你有300個量子位，那么它所代表的狀態(tài)比宇宙中的原子數(shù)量還要多?！?/p>

量子位是很挑剔的小東西。任何噪聲或振動都可能導致量子位改變狀態(tài)，從而導致處理錯誤。關鍵是創(chuàng)建一個控制得很好的環(huán)境，這樣就幾乎沒有波動可以影響量子位的狀態(tài)。

這個測試芯片相當小——大約只有5厘米（近2英寸）——但是周圍的儀器相當龐大，這是為了讓量子位保持極低的溫度——20毫開爾文，比宇宙深空還要冷250倍。這些所謂的稀釋制冷系統(tǒng)乍一看似乎很嚇人，Clarke解釋說：“它們看上去和膠囊似的，就像你在科幻電影里看到的那樣，膠囊正在孵化機器人?！?/p>

該芯片位于“冰箱”中最冷的部分，并通過帶有微波連接器的電路板進行控制。為了激活量子位，研究人員會編寫可轉化為微波脈沖的高級指令。這導致量子位彼此旋轉并相互作用。這種相互作用產(chǎn)生了量子計算幾乎無限的并行處理能力。

量子跨入現(xiàn)實世界

量子計算非常適合人工智能和密碼學

像亞馬遜Alexa這樣的數(shù)字助理所使用的人工智能應用可以從量子計算中獲益?，F(xiàn)在，這些語音控制的助手很容易就會出錯，這是因為它們通過有限的數(shù)據(jù)來運行。量子計算可幫助數(shù)字助手更像人類一樣做出回應。

量子計算讓機密無法破解

密碼學涉及到把大數(shù)分解成質數(shù)，而這正是量子計算機所擅長的計算。

其它可能的應用

包括藥物設計和材料科學（建模像蛋白質一樣復雜的結構），以及物流優(yōu)化（找到任何數(shù)量的可能路線中最有效的）。

雖然QuTech的研究人員正通過一系列測試運行英特爾的17量子位芯片，不過Clarke表示，他的團隊正在改進其設計，并計劃用更多量子位制造新芯片。英特爾也在探索不同類型的量子位，其中包括由硅制成的量子位，類似于目前英特爾微處理器中所用的晶體管。

“我們的終極目標是制造一個商用量子計算機，政府以及各行各業(yè)可用它來應對大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)?！?，Clarke說，這需要至少100萬個糾纏的量子位，再加上用來管理數(shù)據(jù)處理的硬件和軟件架構。

QuTech的Lieven Vandersypen

是量子分解領域的著名先鋒

Vandersypen認為：等到這種計算機進入市場時，消費者可能就不會對量子物理學感到困惑了。年輕人在思考問題時往往更容易接受新東西，并且不受約束。

“我的孩子會比我75歲的父親更容易理解量子。如果你告訴他們一個電子同時出現(xiàn)在兩個地方，他們可能并不覺得不可思議。事實上，當我告訴我的孩子這一點時，他們只是點頭表示同意?！?Vandersypen說。