【背景信息】12月4日，《科學》雜誌公布了中國「九章」的重大突破。 這臺由中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等學者研製的76個光子的量子計算原型機，推動全球量子計算的前沿研究達到一個新高度。儘管距離實際應用仍有漫漫長路，但成功實現了「量子計算優越性」（國外也稱之為 「量子霸權」）的裡程碑式突破。
對我而言，沒學過量子力學，也不是量子計算的專家，但多少對這個話題還是非常感興趣的，畢竟，數字和信息科技的工作中，很多時候也離不開對量子計算有些討論和學習。 今天周末，我想就借著這個重大的突破事件，和大家聊聊，我眼中的量子計算，不成熟，不正確的地方，還請大家多多教正。
#1. 量子計算要比傳統計算機快多少？
據悉，「九章」一分鐘完成的任務，超級計算機需要一億年。 這個說法不太好理解，到底「九章」到底有多快？ 我們從 「超級計算機」有多快說起。 「超級計算機」多年前就基本可以實現比我們的家用電腦要快個上千萬倍，計算速度差不多也是光速的300多萬倍。 您可以簡單理解，量子計算就是「瞬間」就完成的事。
潘建偉教授對此表示，光量子計算機可實現的算法稱為「玻色取樣」，這是在經典計算機上很難有效求解的。如果要將兩者作對比的話，利用萬億次經典計算機分解300位的大數，需15萬年，而萬億次量子計算機只需1秒即可出結果。
到底多快，就是「瞬間」。
#2. 量子計算這麼快的原理是啥？
量子計算快的奧秘是因為：量子世界本質上是平行的
舉個例子。 假設我們身處在一個房間裡，一堵牆上有2個裂縫。 當您打開電燈的時候，光會瞬間穿過牆壁上的兩個裂縫。對，是一瞬間的事情 ！現在，假設您面前的一堵牆上有 n 個裂縫，那麼，打開燈後，燈光就會瞬間穿越所有牆壁上的裂縫。
現在，我們把房間裡燈光比作量子粒子的話，您可以想像，量子粒子，可以在一瞬間，且同時穿過牆壁上所有的洞。所以，量子計算機能夠進行高速並行的量子計算，遠比傳統的計算機有效，就是這個原理。
了解量子計算的「超級並行」下的「瞬間」快，我們再回過頭來看現在的通用計算機做個簡單的比較。 現在的計算機，其原理就是利用電晶體，控制電平的高低，來表達0或1，而每個電晶體就是一個比特。所有電晶體比特通過電路的串連，計算也只好是一步一步進行。要提高運算速度，那就要突破單位面積內的電晶體數，電晶體數量越多運算能力也就越強。
#3. 那麼量子計算有啥用？
有很多朋友也關心，量子計算的作用。簡單來講，現在量子計算還是處於起步的階段，雖然有突破，但離開通用還有相當的距離，但是，對人類的未來卻是意義非凡。
我們使用計算機已經有幾十年了，發展也是異常迅猛。 作為地球上最智能的物種，我們正目睹著比人類更為智能的、新的人工智慧的出現 ! 而這一切都似乎與摩爾定律所描述的計算力、網際網路和物聯網的數據爆發性增長以及區塊鏈為代表的生產關係智能算法，這三點的快速發展離不開。
我們現在處在人類歷史的特殊時代。目前泛計算機與生物之間可能已經有些個突破口出現了。顯然，人工智慧的快速發展，包括神經網絡、基因分析、大腦仿真、精準醫學以及生物和生命科學等都需要數據以及對難以想像的數據需要強大而快速的計算能力，因為算力就是戰鬥力，而量子計算的強大在於能夠提供強大的算力。
未來的通用型量子計算機，可基於非凡的並行計算能力實現金融市場分析預測、道路交通優化、溯源全鏈密碼分析、加速新藥研製等現實應用。這時候，就是量子計算和人工智慧就會結合，實現人機共生的局面。
再深入一層，我們如果物理學來看世界，自然的根本是「量子」。今天，如果我們人類希望想用計算機模擬自然，要完全實現實現智能，量子的計算機估計是唯一辦法了。當然，也要認識到量子計算是一種計算設備，是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。
#4. 量子計算的挑戰？
量子計算機是一類遵循物理量子力學規律，可以幫助我們人類進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置，因此，一定有自身的發展挑戰。
首先量子比特是相當脆弱的，信息難以保存，微弱的環境噪音就可以毀滅量子特性。因此，能找到任何途徑，能實現量子比特在傳輸可不受環境的幹擾和影響，發揮作用，那就是突破了。其次，特別是在如何大幅度提高可集成的量子比特數目（百萬量級）的研究上是個大的挑戰。
#5. 量子計算離開我們普通應用還有多遠？
基本量子計算的發展分為三個階段，現在已經走完第一階段。
第一階段，就是谷歌實現的量子霸權，即針對一些特殊問題，造出一臺比目前計算機更快的量子計算機，對於一些超級計算機無法解決的高複雜度特定問題實現高效求解，實現計算科學中「量子計算優越性」的裡程碑。第二階段，希望能夠對幾百個量子比特，實現一種專用的量子模擬機，用於高溫超導機制、特殊材料設計等目前計算機無法處理的問題第三階段就是爭取造出可編程的通用量子計算機。
量子霸權這個詞的發明人 John Preskill 在 2012 年提出量子霸權這個概念的時候問過自己，大規模量子計算究竟是非常非常困難，還是不可思議的困難？前者意味著還有幾十年的路要走，後者意味著可能還要幾個世紀。 今天中國「九章」的重大突破應該是給出了答案。
科學的最高志向從來就是簡單和普世。未來，我們把量子計算、人工智慧和區塊鏈結合在一起，或許我們人類真的可以孕育出新物種了。相信，未來世界屬於量子生命，讓我們共同期待。
請讓我們一起，向科學家們致敬 ！