什么是量子计算机，量子计算机你了解吗？

　　科学曾经代表了人类的思考能力和使用工具的能力，随着时代的发展，能够辅助人类增强思考能力的计算机诞生了。并且，随着科技的不断发展，计算机的性能也是以指数级成倍增长。体积越来越小，性能也更加强大。但是，它已经接近宏观世界经典物理规律的上限，这是为什么呢?一起去看看吧。

　　什么是量子计算机?

　　例如：计算机中的晶体管，它的工作原理就像是个开关，当电流向特定的方向运动时，通过开关的闭合来决定电流通过的节律，以达到发送二进制代码的作用!如今较为先进的晶体管的大小已经达到了7纳米，这是什么概念呢?就是比我们的血红细胞还要小1000倍!也就是说，晶体管已经缩小到了数个电子的大小，所以当电流通过电子管时，有的电子会无视已经关闭的开关，直接通过。这种现象就是微观世界里的量子穿隧现象，所以当我们计算机的元器件，想要再度缩小尺寸的时候，那么在达到微观世界量子尺寸时，我们的宏观世界的物理规律，就不起作用了。取而代之的则是微观世界的量子规律。

　　由于微观世界的量子规律和宏观世界的经典物理规律有很大不同，所以我们的传统计算机也就没办法正常工作了。因为它会丢失数据，也就是说计算机的电子元件的精度已经无法再提升了!也就是说我们的传统计算机，是实实在在的遇到了宏观世界的物理屏障!

　　那么为了解决这个问题，我们就需要遵循量子力学的特定规律，来研发量子计算机。才能让我们计算机的运算能力，跟上这个时代科技的发展。很幸运的是，我们勤奋的科学家在2011年就已经制作出了量子计算机，它的运算能力非常强大，但是体积大到和一间房子差不多!不过在2019年国际消费电子展上，IBM展示了他们在量子计算机方面的领先优势，他们搬出了一台高集成度的量子计算机，这么小尺寸的量子计算机，在世界上还是首屈一指，第一次出现!这台量子计算机已经接近了商用标准，而且相信很快就会朝着民用的方向大跨步发展。
       

　　量子计算机究竟是如何工作的?

　　传统计算机的运算方法都是使用二进制，即所有指令最后都转化为二进制的0或者1，也就是一比特，是最小的信息单位。而0或者1就代表着电路的通和断，而无数个电路的通断就完成了传统计算机的整体运行。相比之下，一台量子计算机，是使用量子里面的比特，它们可以同时是0和1也就是我们所说的叠加态。

　　简单说明一下：在量子计算机中，量子比特可以被设定为两个值中的任意一个，一个量子比特可以由任意二阶量子系统组成。例如：一个同时具有磁场和自弦的系统，这个系统可以存在0和1两种状态，就如同光子可以水平极化或者垂极化。在微观世界中，量子比特可以同时处于多种状态，它可以是几种不同量子态中的任意几种的归一化，线性组合，这种状态就称为量子叠加态，从传统计算机比特来说，在某一特定时间点只能处于二的四次方的组合中，其中的一种，就是十六个可能的组合最终只能选用其中的一个组合，但对于处于叠加态的量子比特来说，你可以认为它同时处于这16种组合中的所有状态，而且每增加一位量子比特，能够表示的数据就呈指数级别增长。如果是20位量子比特，就可以同时表示上百万种不同的组合。

　　什么是量子叠加态
        

　　而量子比特的另外一个特性就是纠缠态，它们之间存在某种联系，使得一个量子比特发生变化，会立刻反映在另一个相关的量子比特上。不管他们离得有多远，都是可以瞬时完成关联性的改变。不存在任何时间上的延迟，这就意味着只要你通过观测其中一个量子比特的状态，另一个则是必定相反的存在。所以利用量子的特性，也就是叠加态和纠缠态，意味着你可以同时进行多组不同的运算。

　　例如我们需要在500本书里面找一个句子，传统计算机采用了往往是穷举法，就是一本一本，一页一页的找，但是依赖于现在传统计算机强大的性能，还是很快就能找到的!但如果是500万，本书中找一个句子呢?或者500亿本书中找一个句子呢?那恐怕我们的传统计算机会需要很久很久才能完成。而得益于量子叠加态和纠缠态的量子计算机，面对查找500万本书中的一个句子，使用的运算方法是，他会分身成为五百万个计算机同时查找，而它所用的时间就是相当于现在传统计算机在一本书中找一个句子的时间。这种强大的多核运算能力，是传统计算机远远不能达到的。

　　这说明了量子计算机不只是传统计算机的加强版!而是一个技术上质的飞跃，就好像煤油灯和灯泡一样。虽然都是提供光亮，但是它们的工作原理和机制有本质上的区别，你再怎么改良煤油灯也造不出灯泡来，所以灯泡相比煤油灯，效率的提升、能耗的下降是可以提高、改变整个世界的效率及生产力。所以灯泡的发明能够改变、提高人、类社会的运转方式，那么量子计算机同样可以，但是这仅仅只是量子力学要应用的其中一个领域。毫不夸张的说，量子力学在更多领域上的应用将会给人类带来不亚于任何一次科技革命质的飞跃!