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InfoQ|为什么 2020 年代属于量子计算？( 二 )


为了制造这些精密而深奥的东西 ， 你首先需要一种原子或亚原子物质 ， 能够维持两个状态之间的相干量子叠加 。 有很多方法可以做到 。 据 《宇宙》（Cosmos）杂志 报道 ， 新南威尔士大学（University of New South Wales）Michelle Simmons 领导的澳大利亚团队通过将单个磷原子放置在硅芯片上 ， 利用量子自旋信息产生的量子比特在晶格中的位置 ， 从而创造出了原子量子比特 。 你也可以让电流通过超导体 ， 然后绘制出结果的叠加图 。
另一种制造量子比特的方法是将电子从原子移出 ， 从而制造出离子 。 然后 ， 这个离子被电磁俘获 ， 并向其发射激光 ， 从而激发量子态的变化 。 通过这种方法 ， 你就有了一台“囚禁离子”量子计算机 。
为什么是量子计算机？ 这一切听起来都非常令人印象深刻 ， 相当美妙 ， 但是量子计算从理论科学界的孤立无援 ， 到应用科学界的初露锋芒 ， 是因为量子计算机拥有无限的应用可能性 。
在摆脱了二进制处理的限制后 ， 量子计算机能够以比普通计算机更快的速度进行运算 ， 同时能耗也大为降低 。 这使得量子计算机比普通计算机具有巨大的实现优势 ， 例如 ， 能够用经典计算机所需时间的一小部分解决更为困难的 NP- 完全问题 ， 而这甚至还没有涉及到具体的用例 。
应该说 ， 量子计算的出现本身 ， 并没有敲响经典计算的丧钟 ， 就像量子物理学的出现并没有使经典力学的所有成果变得毫无意义一样 。 正如在科学领域一样 ， 量子计算只是有望在经典理论摇摇欲坠的领域取得成功 ， 而且是惊人的成功 。 消费者不必担心他们的设备会大量淘汰 。 开发人员也不必担心他们的技能会过时（如果有的话） 。 正如我们观察到经典计算机在优化、模拟、因式分解等能力的局限性一样 ， 量子计算机也会有自己的薄弱领域 ， 包括电子邮件、文档的创建和使用等日常任务 。 就像一个完全由专业人员而没有商人组成的社会不会走得很远一样 ， 量子计算机的深奥性也并不能解决我们每一个人的需求和问题 。
然而 ， 对量子计算来说是一个很好的机会 ， 那就是解决其中相当多的问题 。
成就量子计算霸主地位的多种因素 量子计算 作为一个领域 ， 发展相对较快 ， 表面上看 ， 是从 1927 年海森堡（Heisenberg）提出的不确定性原理（Uncertainty Principle）开始的 。 1981 年在 IBM/MIT 会议上 ， 理乍得·费曼（Richard Feynman）的挑战宣告了量子计算的神话阶段 。 1994 年 ， 彼得·秀尔（Peter Shor）证明了 ， 相较于经典计算机 ， 量子电路可以以指数级的速度对质因数进行分解 ， 该领域迎来了第一次的实际突破 。
译注：维尔纳·海森堡（Werner Heisenberg） ， 1901 年 12 月 5 日－1976 年 2 月 1 日 ， 德国物理学家 ， 量子力学创始人之一 ， “哥本哈根学派” 代表性人物 。 1933 年 ， 海森伯因为 “创立量子力学以及由此导致的氢的同素异形体的发现” 而获得 1932 年度的诺贝尔物理学奖 。 他对物理学的主要贡献是给出了量子力学的矩阵形式（矩阵力学） ， 提出了 “不确定性原理”（又称 “海森堡不确定性原理”）和 S 矩阵理论等 。 他的《量子论的物理学原理》是量子力学领域的一部经典著作 。
理乍得·费曼（Richard Feynman） ， 1918 年 5 月 11 日－1988 年 2 月 15 日） ， 美国理论物理学家 ， 量子电动力学专家 ， 纳米技术之父 。 由费曼提出或完善的费曼图、费曼规则和重整化计算方法是研究量子电动力学和粒子物理学的重要工具 。
彼得·秀尔（Peter Shor） ， 美国知名计算机科学家 ， 出生于美国纽约市 ， 目前为美国麻省理工学院的应用数学系教授 ， 其最伟大的事迹为提出在量子电脑应用上的“秀尔算法”（Shor's algorithm ， 又称量子质因数分解算法） ， 因其证明量子电脑能做出对数运算 ， 而且速度远胜传统电脑 ， 对于现在通行于银行及网络等处的 RSA 加密算法可以破解而构成威胁 。


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