量子计算机来了，它将如何改变世界？

科技界就迎来了一则重磅消息：世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生！令人振奋的是，这个“世界首台”是货真价实的“中国造”，属中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陆朝阳、朱晓波等，联合浙江大学王浩华教授研究组攻关突破的成果。

量子计算利用量子相干叠加原理，在原理上具有超快的并行计算和模拟能力，计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长，可为经典计算机无法解决的大规模计算难题提供有效解决方案。一台操纵50个微观粒子的量子计算机，对特定问题的处理能力可超过超级计算机。量子计算技术主要通过发展高精度、高效率的量子态制备与相互作用控制技术，实现规模化量子比特的相干操纵。由于其巨大的潜在价值，欧美各国都在积极整合各方面研究力量和资源，开展协同攻关，同时，谷歌、微软、IBM等大型高科技公司也强势介入量子计算研究。

基于单光子的量子计算原型机结构

多粒子纠缠的操纵作为量子计算的技术制高点，一直是国际角逐的焦点。在光子体系方面，潘建伟团队在多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平，并于2016年底把纪录刷新至十光子纠缠。在此基础上，团队利用自主发展的综合性能国际最优的量子点单光子源，通过电控可编程的光量子线路，构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机。实验测试表明，该原型机的“玻色取样”不仅比之前国际同行所有类似实验提速至少24000倍，同时，通过和经典算法比较，也比人类历史上第一台电子管计算机（ENIAC）和第一台晶体管计算机（TRADIC）运行速度快10-100倍。5月2日，该研究成果以长文的形式在线发表于《自然-光子学》。这是历史上第一台超越早期经典计算机的基于单光子的量子模拟机，为最终实现超越经典计算能力的量子计算这一被国际学术界称为“量子称霸”的目标，奠定了坚实的基础。朝着这一目标，潘建伟团队计划在今年年底实现大约20个光量子比特的操纵。

潘建伟说，这是历史上第一台超越早期经典计算机的基于单光子的量子模拟机，为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定了基础。5月2日，该研究成果以长文的形式在线发表于《自然光子学》。 

量子计算机如何改变世界?

量子计算公司D-Wave的创始人之一Eric Ladizinsky在此前的有线大会上就传统计算机和量子计算机的区别作了很好地解释。

想象一下，限你在五分钟内找出写在国会图书馆的一本书某一页的“X”（国会图书馆藏书约有五千万册）。这是不可能完成的任务。但如果存在5000万个平行空间，在每个空间你都能浏览不同的书本，你会在其中一个空间发现你要找的“X”。

传统的计算机就好比争取在五分钟内尽可能翻阅更多书本的疯子；而量子计算机就能有5000万个分身，每个分身悠闲地查阅需要的信息。

如果你不知道上面说的都是什么鬼，无需担心，因为其他人也不是很清楚。物理学家费曼有这么一句名言：当你认为你理解量子物理学的时候，其实你是真的没有理解。本质的区别在于：传统计算机只能一个一个地按次序解决问题，但是量子计算机却可以在同一时间解决多个问题。

这样的速度具备颠覆整个行业的潜质。不仅仅是因为其速度，量子计算机可以解决传统计算机不能很好处理的复杂问题。它们在解决问题的时候更像人类，这使得它们更胜任人类的工作。量子计算机未来的应用前景十分令人神往：

1、真正精准的天气预报

量子计算公司QxBranch表示：即使拥有非常尖端的分析温度和气压的工具，给定天气系统的表现形式也具有很大的不确定性，现如今的天气预报只是对未来天气的一种猜测，只不过这个猜测是建立在一定基础上。

量子计算可以在同一时间对所有的数据进行分析，并告诉我们坏天气会在何时何地出现。我们可以提前注意到飓风等极端天气，从而预留足够的时间拯救生命。

在量子计算机的帮助下可以建立更好的气候模型，以便人们深入了解人类活动是如何影响环境的。基于这些模型，我们对未来气候的变暖形势进行估计，并帮助我们决定采用什么样的措施来避免灾难的发生。

2、更有效的药物发现

新药开发是一个复杂的过程，化学家们需要对无数的分子组合进行测试，从而找出有效对抗疾病的分子组合。这个过程可能持续数年，且耗资数百万美元。化学家们还要对这些组合进行后期试验，其中的大部分仍以失败告终。

量子计算机能够描绘出数以万亿计的分子组成，并将其中最有可能有效的组合快速识别出，显著降低药物的研发成本和周期。

用量子计算对人类基因进行排序和分析比现有方法更快，可以为更多的民众提供个性化药物治疗和医疗保健服务。

如今，许多药物不能投入市场，是因为有那么一小部分人对其反应强烈。因此我们经常否定一种药物，尽管它对一些人是有效果的。有了个性化基因分析和更好的药理知识后，我们就可以预见到可能存在的不良反应。

3、告别交通拥堵

量子计算可以很好地协调飞机航线以及地面交通控制，因为其计算最佳路线的性能卓越。

如果你规划了一个含有10个不同站的行程，传统计算机需要单独计算所有可能路线的总长度并挑选出其中最佳的路线。而量子计算机可以同时计算所有线路的长度，计算出最佳路线所需的时间更短。

利用量子计算机对空中交通模式进行深度分析，将带来更高效的航线安排，可以有效统筹飞机起飞、降落时的时间从而减少出行时间。

同样的技术可以应用于高速公路、各种复杂的城市系统网络（电网等），从而达到高效、避免拥堵的目的。

4、加强军事力量和国防建设

各式各样的卫星正在不间歇的收集影像数据，其数量之庞大没有谁能够对其进行全面检索，因此很多数据只是被扔在一边。在那部分被我们遗弃的数据中，我们可能会错失一些重要的情报。

一台量子计算机对海量数据的处理比传统计算机或个人要快得多，它可以筛选出那些需要进一步仔细分析且往往容易被我们忽视和抛弃的影像。

传统计算机不擅长处理“谁在哪？”这类问题。这关乎识别能力，量子计算机能够像人类那样，可以很好地从复杂的背景中找出具体的细节。

5、安全、加密通信

不管我们是否意识到，我们时刻使用着加密技术。当我们登录电子邮箱或使用信用卡进行网购的时候，我们都需要依赖加密技术。利用量子计算机卓越的性能可以使加密更安全可靠。

这种超级安全的通信方式被称为量子密钥分配，当彼此之间传递信息的时候，信息只有经过密钥破解后才能正确显示。如果第三方截获了密钥，但由于量子学的特性，密钥就会失效从而导致信息不能被准确读出。该通信技术的初步版本已经在欧洲的一些地方试用。

同样的，正如量子计算可以使通信更加安全，量子计算机可以非常容易地破解我们现有的加密信息。从斯诺登泄露的国家安全局的相关文件中就提出该机构计划开发量子计算机来进行加密信息的破译工作。

如果一个黑客（或好管闲事的政府机构）试图染指量子计算机，那么诸如银行、政府机构等利用老式加密技术的部门行业就会深陷危机。

6、加快太空探索的步伐

     天文学家们利用开普勒太空望远镜在我们生活的太阳系之外发现了大约2000颗行星。开普勒搜索需要对准这些所谓的系外行星，并且还要等到他们从其归属的恒星前经过。当这种情况发生的时候，行星会投下阴影，天文学家借此进行分析和预测其大气环境是否适合生命生存。

量子计算机可以处理任何望远镜视野中更多的数据，从而发现更多的行星，并迅速识别出最有可能存有生命体的行星。它甚至可以从旧的影响中发现系外行星。

7、机器学习和自动化

量子计算机可以像人类一样从经验中学习。它们能够自我纠正，量子计算机可以对一个错乱的程序代码进行修正。这个概念被称为机器学习，这就好比你的Facebook账号会列出你可能喜欢的内容，但是更复杂。

量子计算机的机器学习能力可以帮助我们更快更有效地处理很多事情，利用量子计算机对其自身功能的不断完善，可以引领半自动车辆等更高级别的人工智能。

所有的这些应用听起来令人兴奋不已，但在此之前我们还有很长的路要走。如今，量子计算机研制工作的主要参与者包括谷歌和美国航空航天局，当各大公司纷纷致力于高尖端技术的研发时，取得突破也就指日可待了。