本文前言:

“九章”量子计算原型实现了世界上最高的计算能力。相比之下，在解决同样的问题时，世界上最快的超级计算机需要6亿年，而它只需要200秒。

那么，量子计算机为什么这么快？量子计算机能做什么？

本文的主要观点:

●量子计算机哪里那么强大？

量子计算机为什么这么强大？

●量子计算机能做什么？

我们为什么要开发量子计算机？

低量子计算机对未来社会的影响？

经过两周的时间，黑马团队精心打造了《深度》第014期文章，旨在向大家介绍量子计算机的伟大特性和未来的应用场景。

全文约3975字，阅读约需10分钟。

前几天黑马的朋友圈被一条消息屏蔽了。当黑马亮起，孩子！原来，12月4日，中国科学技术大学宣布，潘建伟等人成功构建了一台76个光子的量子计算机——“九章”。

据悉，“九章”求解高斯玻色采样算法只需要200秒，而世界上最快的超级计算机需要6亿年。

他们之间的差距不能说太大！

而且，经过等效比较，“九章”量子计算机的计算速度比谷歌的“悬铃木”量子计算机快100亿倍，这一突破直接让中国成为世界上第二个实现“量子优越性”的国家。

黑马认为，虽然“九章”量子计算原型如此强大，但目前的“九章”量子计算原型只适用于高斯波颜色采样，不适用于其他工作。

网上“九章”有很多深入的科普，黑马就不多说了。

但近年来量子计算机的消息似乎越来越密集，让我们感觉量子计算机离我们越来越近。

然后，黑马会告诉你:什么是量子计算机，它有什么用？

俗话说，出了问题，量子力学。

这本书是网络上的热门梗，被网友用来调侃无法解释清楚的问题。与之对应的是“解释不合理，当穿越空；风格跳跃，虚拟世界；我不知道怎么搭配颜色，赛博朋克。

然而，戏弄是有趣的。量子技术不断发展，量子计算机离我们越来越近。

那么，量子计算机的力量是什么呢？

第一点:量子计算机运行速度快。

从前面提到的“九章”来看，有谷歌的“悬铃木”等量子计算机。可见其在解决具体问题上的计算能力优势是碾压传统计算机的存在，这一点基本上是众所周知的。

第二，量子计算机储存足够的数据。

在传统计算机中，比特只能同时具有“0”或“1”两种状态中的一种，但在量子计算机的量子比特中，“0”和“1”实际上可以同时存在。这意味着量子计算机可以用更少的量子比特存储更多的数据。

简单来说，你身上有两个口袋。传统电脑位只能放一部iPhone和一部华为手机，或者两部iPhone或者两部华为手机，但是不管怎么放，每个口袋只能放一部手机。但是在量子世界里，你可以把iPhone和华为的手机都放在任何口袋里。当你拿出手机时，它将成为iPhone或华为的手机之一。很迷幻，但确实如此。这样，量子比特可以存储更多的数据。

这两点基本上就是目前量子计算机的优势。

那么，为什么量子计算机有这么大的优势呢？它是通过什么方式实现的？黑马还是用一句话总结:量子计算机之所以这么快，靠的是量子叠加态的并行计算。

在这里，我们引入两个概念，“量子叠加态”和“并行计算”。

黑马早前说过，与传统比特相比，量子比特可以同时具有“0”和“1”两种状态。当“0”和“1”同时存在时，我们称之为“量子叠加态”。

比如有2位，传统计算机一次只能表示00/01/10/11中的一个，需要4次才能处理完；但由于量子比特可以处于叠加态，两个比特可以同时包含这四种状态，从而在计算能力上领先传统计算机。基于这一原理，量子计算机的计算能力可以呈指数级增长。如果可控量子的数量为n，量子计算机的计算能力优势为2 n倍。中国“九章”实现了对76个光子的控制，这是276级的计算能力优势。

“并行计算”很容易理解。众所周知，超级计算机速度很快，因为它们的CPU堆积得太多了。比如上面提到的超级计算机“富越”，就用了15万多颗高性能ARM CPU，获得了世界第一。

目前，超级计算机在竞争这些CPU的协同计算效率。比如我们都知道1+1=2，但是如果有100亿个1+1 s加在一起呢？超级计算机需要把这个问题分配给每个CPU，让所有CPU一起参与计算，这就是并行计算。量子计算机的并行计算原理与超级计算机相似。

假设有一个超级复杂的迷宫，有一万种走法，但里面只有一个正确的通道。然后让传统的电脑在这个时候尝试破解，传统的电脑只会选择一条路一下子就开始破解，进入死角之后再重新开始换路。但是量子计算机不会这么做。量子计算机会一路走一次，直接找到正确的路。这就是量子计算机强大的根本原因。

那么，拥有如此强大计算能力的量子计算机可以用来做什么呢？

比如最近几年特别热的“采矿”和“2077”，量子计算机能做这些操作吗？总之，可以，但没必要。首先，无论你是想用量子计算机“挖矿”还是“玩游戏”，都需要对量子软件进行重新编程，让量子计算机能够识别你的操作。况且这些操作模式太小了！给你一台杀死世界上最强超级计算机的量子计算机，然后你就玩它？真是浪费生命！

通过上面的例子，我们知道量子计算机的计算速度仅次于传统计算机，因此可以利用量子计算机的巨大计算能力来模拟药物分子的有效性，大大缩短新药研发的时间。要知道，今年新冠肺炎的疫苗研发速度和其他疫苗相比已经非常快了，但是使用量子计算机呢？

据相关报道，只要速度比传统计算机高几百倍，在一些需要计算机模拟的阶段，效率至少可以提高90%，不仅挽救了无数生命，还大大降低了经济支出。

此外，城市的拥堵日益加剧。一方面私家车较多，另一方面人们会遇到各种事故，造成一系列的拥堵。如果将量子计算机用于城市管理，管理者可以利用量子计算机的巨大计算能力，重新规划出行路线，自动调整红绿灯以减少拥堵等。

当然，最大的应用可能还是在科学领域。凭借巨大的计算能力，研究人员再也无法进行繁琐的实验，然后直接用量子计算机模拟结果。比如转基因食品、化工等。金融行业的管理者也可以通过量子计算机的巨大计算能力预测市场波动。当然，还有信息产业。这种计算能力对AI来说是一个很大的提升。

那么，既然量子计算机的应用领域如此广泛，应用场景如此丰富，那么量子计算机会取代传统计算机吗？黑马直接说结果，但他们不会。黑马甚至可以大胆预测，未来量子计算机不会完全取代传统计算机。

因为量子计算机和传统计算机的关系就像灯泡和激光器，两者是完全不同的。首先，量子计算机需要特定的算法。在多线程领域，量子计算机有很大的优势；然而，在处理单个加减乘除时，传统计算机更有优势。两者的关系类似于手机的CPU和GPU。在单线程领域，传统计算机有优势；在多线程领域，具有量子叠加态的量子计算机将更具优势。

第一个原因:传统计算机正在走向极限

众所周知，传统计算机的计算能力基本上是由CPU决定的。然而，无论传统计算机的CPU如何发展，都很容易随着现有科技的发展而达到极限。毕竟电脑底层的CPU技术不是1+1=2那么简单。

举个简单的例子，我们看到28nm技术提升到14nm，14nm提升到7nm，但是我们有没有看到7nm提升到3.5nm？不要。目前最先进的商业化工艺只有5nm，后期发展也是3nm。

要知道，目前的芯片制造技术已经接近原子尺寸，也就是接近物理极限。这个时候，你还坚持传统的电脑吗？你没必要。因此，在这个时候选择发展量子计算机无疑是一个非常明智的选择。

第二个原因:量子计算机应用广泛，提前在相关领域占有优势

正如我们上面所说，量子计算机的计算能力是可怕的，其应用场景也是非常丰富的，这意味着一旦量子计算机开始大规模商业化，人类的计算能力将实现指数级的飞跃，同时科技水平也将实现质的飞跃。

无论是在金融领域、人工智能、天气预警等领域，我们都会落后于人。因此，谁先造出通用可编程量子计算机，谁就能在相关领域赢得先机。

因此，我们需要尽快布局量子计算机，实现量子计算的优越性。

据中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟介绍，希望通过15到20年的努力，能够研制出一种通用的量子计算机。也就是说，量子计算机开始融入我们的生活至少还需要15年的时间，但在这个时候，个人计算机领域可能还没有太多的应用。

总的来说，“九章”量子计算机的出现，成功使中国正式进入国际量子计算机第一梯队，使中国成为世界上第二个实现“量子优越性”的国家。因此，即使“九章”目前只能进行高斯玻色取样，我们也应该对此持积极的态度。因为，没有人知道下一个世界上计算能力最高的可编程“九章”何时会出现。

那么，我们应该如何看待量子计算机呢？

首先，每个人都可以先入为主地定义一个概念。量子计算机绝对不是骗人的项目。因为量子计算机的应用范围很广，基本上可以参与各行各业，所以我们要以平常心对待它们。当然，当我们取得了令人印象深刻的成绩时，我们也可以适当地感到自豪。比如这个“九章”就做到了计算能力世界第一。

至于未来量子计算机的研发将走向何方，黑马不得而知。然而，很明显，量子计算机目前仍然面临许多困难。比如量子控制，对环境和精度的要求非常非常高。可以说量子计算机的前路布满荆棘，但即便如此，《九章》的出现还是给了相关行业极大的鼓舞，给了大家前进的动力。

综上所述，量子计算机前途无量！