量子計算機是什麼東西
量子計算機 = X
跟我念：埃克斯。小學三年級數學的那個「埃克斯」。
一）窮舉法
近期中國量子計算機據說獲得了突破。[1]
因為實在受不了文科生小編的報導。讓我來說說，量子計算機到底是個什麼東西。
首先，我們來看一道數學題。
給你一個64位的數字。例如：
1100001111000011111100010011110011000001001011110101111000101111
寫成8*8的方格，他是這樣的：
1 1 0 0 0 0 1 1
1 1 0 0 0 0 1 1
1 1 1 1 0 0 0 1
0 0 1 1 1 1 0 0
1 1 0 0 0 0 0 1
0 0 1 0 1 1 1 1
0 1 0 1 1 1 1 0
0 0 1 0 1 1 1 1
把他的第一行，和第三行互換。
第二列，和第八列互換。
第五行如果累加超過3，就和第7行互換。
左上角9個數字，如果累加超過3，就和右下角互換。
把所有的數字，鏡像對拷一遍。
把所有的011，替換成110，110換成101，101換成011
…………
…………
這樣的操作，可以做無數無數次。
請問，我想要最後的結果，顯示出 54992 4761052722 52202 （「中國萬歲」）
我最初的輸入碼應該是多少？
這個問題，在傳統的「電子計算機」上。他是無解的。
因為這個數學問題，不存在「逆算法」。
好比減法是加法的逆算法。
除法是乘法的逆算法。
對數是乘方的逆算法。
如果有了「逆算法」，他的工作量是等價的。除法的計算速度，和乘法一樣快。
但是「現代密碼學」，一般是沒有逆算法的。
現在密碼學最常用的，一個是排序，一個是替換。
這二個都是沒有逆算法的。
在目前網際網路上，最主流的DES加密算法。其「算法流程」是完全公開的。
私鑰如何形成密鑰。所有的算法完全公開。
我告訴你最終的密鑰是「中國萬歲」。
可是你要逆回溯。找出最初的64bit起始數據。那是千難萬難。
我們現在使用的計算機，被稱之為「電子計算機」。以矽基半導體為主。
現有的計算機，遇到這類問題。
全世界的特工情報部門。
他們一般的做法，是「窮舉」。
2^64 = 1844 億億
仔細想想，也不是太大的數字。
特工部門，乾脆就「暴力破解」。從1~1844億億，一個個數字暴力窮舉。
你有幾萬臺機器，日夜不停算上幾年。也就算出來了。
因此在美國「出口法案」中。
DES64是允許出口的，DES128是禁止出口的。
美國是用DES128的，別的國家都是用DES64的。
在美國黑客眼裡，其他所有國家都是透明的。
二）量子計算機
好了，現在量子計算機來了。
量子計算機破譯這一類的問題，所需要的時間是：1秒鐘
什麼，1秒鐘。
那麼DES64不行，換DES128呢。也是一秒鐘。
再換DES256，DES65536呢。還是一秒鐘。
真心抓狂！
為什麼，因為「量子計算機」的原理不同。
目前文科生小編所有寫「量子計算機」的文章，都沒有寫到點子上。
量子計算機是什麼，量子計算機就是X。
跟著我念：埃克斯。
小學三年級數學教的那個：X
量子計算機，就是一團凝固態的雲。目前一般是「光子」。
這一團雲的數值是什麼。我不知道，也不需要知道。
然後我把這一團「量子」輸送到量子計算機中去。
第一行和第三行互換。
第二列和第四列互換。
把011替換成110，把110替換成011
…………
…………
這些事全部都做完以後。他的結果，還是一團雲。數值還是不知道。
假設輸入端是X。
運算是f(x)
經過運算，輸出端是Y=f(x)
量子計算機的高潮在於，你說:「神啊，我要求結果Y=500」。
神說，好啊，Y=500
然後你拿一叢111110100的光子束去衝擊量子計算機。把「輸出端」定格在500。
輸入端偷偷飄下來一張紙條。
只要你告訴我Y期望值是多少。
我就立刻告訴你X應該是多少。
不管哪種f(x)
我擦，太牛了。研究不用做了。
有了「量子計算機」，這個人類的邏輯鏈就完全顛倒過來了。
「量子計算機」的意義在於，根據結果，倒求原因。
只要知道Y，「量子計算機」就可以告訴你X。
什麼邏輯原理，什麼推導順序，什麼窮舉法。
統統都不需要。
在小說《魔盜》中有一個場景，史上最強大的魔法師，叫做開米爾迪特。
這個傢伙本是一個廢材。底層學徒，鬥氣，魔法全弱。
可是這個傢伙，他精通「預言術」。
有過一次，開米爾迪特突發奇想。他在腦海裡構想了一幅丹爐。亂七八糟加入各種魔法草藥。
然後用「預言術」去看煉出來的結果。
預言的結果，不出所料99%都是渣。
高溫高壓呢，99.9都是渣。
但是，也有0.1%的機會，他可以用一些很普通的草藥，練出絕頂仙丹。
因為有預言術，他可以廉價地做無數次實驗。
靠吃藥，嗑成了頂級高手位置。
接著他又幻想「逆行筋脈」。各種亂七八糟的練功方法。
亂練的結果，不出預料99.99%都是暴血而亡。
但也有0.01%的概率，他可以打通任督二脈。
於是這傢伙憑藉著「預言術」，自己摸索出一些練功方法。成為全魔法世界最強大的法師。
三）量子計算機的應用
量子計算機就是X，最適合用X的場合。
譬如前文說到的「破解密碼」。這真是再量身定做不過了。只要X運行一遍，變成Y。
Y是明碼密鑰。破解這玩意，只需要一秒鐘。
想開一點，在計算機系統引入「X」，還有很多的事情可以做。
譬如說，無數無數人在問的：「怎樣設計超牛逼的戰鬥機」。
流體力學，始終是一個大麻煩。人類迄今為止，也沒有解出流體力學的基本方程。
對於整個流體力學框架一無所知。
目前的流體力學，基本是靠計算機一幀一幀，硬算死算撐過去。
然後再飛機建模，在風洞裡面吹。
而有了「量子計算機」。一切都不再成為麻煩。
飛機的外形，流線型應該是什麼樣子的。
臣妾不知道啊。假設為X。
輸入到量子計算機算一算。外形為X的機殼，在7倍音速的飛行中，會導致周邊空氣音障產生怎樣怎樣的變化。
X一步步變成Y。
最後，我要求Ｙ=0.01，風阻小於某一個固定值。
打開量子計算機。立刻可以告訴你X，飛機的曲線形狀。
再譬如說，現代化學，幾乎就是「計算化學」。
人類要勝過上帝。人類要設計出一個化學分子式，具有怎樣怎樣的特效。
分子之間，通過化學鍵氫鍵互相連接。
若干個大分子之間，還會互相干擾。
在以往，這一整套的系統，被稱之為「計算化學」。
也是靠GPU實打實地硬算的。無數無數個計算單元，無數無數刀片伺服器。
多一個分子鍵，就要算好幾個月。
但是有了「量子計算機」，這一切都不需要了。
你直接問：「我需要強度比鋼筋強1000倍，重量比鋁輕20倍，請問分子如何設計」。
知道了Y，三秒鐘得出X。
再譬如說，靶向醫藥，抗癌。
人工降雨。大氣調控。去哪裡扇一下翅膀，就可以導致撒哈拉下雨。
怎樣變變戲法，呼風喚雨，把北京的霧霾吹走。
下圍棋，中盤下死阿爾法狗，贏你20目。
爆炸力學的精密解。
給你一盤胡蘿蔔炒肉絲，你告訴我胡蘿蔔原本長啥樣的。
報告長官，我們在望遠鏡裡看見了敵軍指揮官。
請問我的炮彈要以怎樣的仰角射出。
正好炸死敵軍指揮官，炸不死他身邊的貓。炮彈碎片還在背後的軍旗上，拼出一個「SB」
答：用量子計算機。
「量子計算機」可以徹底改變我們這個世界的計算方式。許多神靈般的天算能力，你只需要給出答案，計算機會告訴你如何執行。
四）量子計算機的技術原理
量子計算機，主要通過「同源粒子對」來發生。
這是量子力學中的一種原理。
通過在虛空中產生一對「同源粒子」。則除了能量之外，其他任何物理學常數都守恆。相加必為零。
包括但不限於二者電荷，動量，角動量，自旋，費米數，宇稱…………
現代物理實現，一般選擇「自旋」這個量，因為實驗好操縱一點。
然後把同源粒子，一個放在A容器，一個放在B容器。
A容器中的粒子，你可以盡情地蹂躪它。對它進行各種運算。
AND，OR，NOT，XOR，所有二進位算法都可以。
經過了很長一段時間操作，X變成了f(x)
然後你再用「指定結果」去衝容器A。強行規定f(x)=1
另一個容器中，B會自動失去量子態。固定在某個值：「假如f(x)=1，請回答x應該是多少」。
上面這一段話，已經很拗口了。可是你有沒有仔細想一想，他真正的問題出在哪裡。
他只有1個bit！
我們搞了那麼大的工程，其實操縱的卻只有一個1bit，只有微不足道的信息。
好了，現在搞複雜一點。我們搞4個bit。
一次性產生4個同源例子，abcd和-a，-b，-c，-d
第一組關在籠子A裡面，進行各種複雜操作。
等運算完了，打開籠子B 。就回答了「若f(x)=0110，x應該是多少的問題」。
同時，4個粒子之間，也可以進行一些更加複雜的操作。
例如第一列和第二列互換。
人類的第一個「量子計算機」雛形。大約一直到2005年左右才完成。當時的處理能力，就是1bit。
此後，過了五年，2bit。
再過五年，4bit。
今天中國在「量子計算機」處於相對領先的位置。計算能力是多少呢。
坐好了，別跌下。
10bit。
也就是說，今天我們可以搞一個「X」的神諭。只要你告訴我f(x)的目標值，我可以立刻告訴你x應該是多少。
但是這個x，僅限於1~1024之間的某個數字。
你掰著指頭算。
過一會也算出來了。
量子應用大事記
1982 年，諾貝爾獎獲得者理察· 費曼提出 " 量子計算機 " 的概念。
1994 年，貝爾實驗室的專家彼得· 秀爾證明量子計算機能夠完成對數運算，且速度遠勝傳統計算機。
1997 年，科學家首次用一對糾纏光子實現了量子信息傳輸。
2005 年，世界第一臺量子計算機原型機在美國誕生，基本符合了量子力學的全部本質特性。
2007 年 2 月，加拿大 D-Wave 系統公司宣布研製成功 16 位量子比特的超導量子計算機。
2007 年，維也納大學的安東· 齊林格和他的同事們用一對糾纏光子在加那利群島的兩個島之間傳輸了一份量子信息，傳送距離超過了 143 千米。
2010 年 1 月，美國哈佛大學和澳洲昆士蘭大學的科學家利用量子計算機準確算出了氫分子所含的能量。
2010 年 3 月，德國於利希研究中心發表公報：該中心的超級計算機 JUGENE 成功模擬了 42 位的量子計算機。
2010 年，中國科大—清華大學聯合小組成功實現了當時世界上最遠距離的量子態隱形傳輸，傳輸距離達 16 公裡。
2012 年 3 月，IBM 做到了在減少基本運算誤差的同時，保持量子比特的量子機械特性完整性。
2015 年 7 月，中國科學院與阿里巴巴集團旗下阿里雲共同成立 " 中國科學院 - 阿里巴巴量子計算實驗室 "，開展在量子信息科學領域的前瞻性研究。
2016 年 8 月，我國自主研製的世界首顆量子科學實驗衛星 " 墨子號 " 成功升空。
2017 年 3 月，馬雲宣布啟動阿里巴巴的 "NASA 計劃 "，並說 " 現在所研究的目標是為了解決 10 年、20 年後的困難。
2017 年 5 月 3 日，首個國產量子計算機能力超過早期經典計算機 [2]
順便回答一個問題，類似於f（x）= x^2 - 5x + 6
F(x)=0，求x是多少。
這種初中生都會算的一元二次方程，任何人都知道X=2，或者X=3
但是如果你用「量子計算機」去算，答案是X=2，還是3呢。
答案是，二者都有可能。
一般量子計算機算題，需要重複做十幾次，幾十次。然後選出現頻率最大的那個為準。
再譬如說，「下圍棋贏李世石362目」，這種問題怎麼解答呢。
答案是，跳不出X。還是混沌量子態。
五）量子計算機的童年
人類在「量子計算機」上面的進展十分緩慢。因為他的原料是「量子」。
是電子，光子，π介子，拜託！
這些東西，是以光速不停地晃來晃去的。尺度超級細微，要捕捉，並且穩定的控制它們，你知道有多難。
所有的「量子計算機」，都是在超低溫，臨界態下工作。
又或者「愛因斯坦—波色態」等等變態的量子云狀態。
這對工作環境造成了極苛刻的要求。
更糟糕的是，二個4bit的X湊在一起，不一定能做出8bit。
因為量子是有「簡併態」的。
你一個容器裡放了4個量子，小心翼翼祈禱他們保持穩定。
可是原子核這麼大的地方，如果放進了8個量子，軌道就小很多了。
量子越多，越容易互相干擾。
二塊4bit的量子云撞在一起，X1，X2或許就塌陷，死機了。
象D-Wave這種，搞512個1 bit並聯，那是騙外行人的。[3]
破譯密碼，需要64位的「量子態」。
今天已經10位了，64位雖然很難，但至少也是有生之年看得見的。
但是之前說的，「設計飛機，設計流線體」。
這個X的要求就大了。誰也不知道多少位比特，才能描述一條曲線。
所以人類在量子計算機上，還有無數的路要走。
對於10 bit的量子計算機，在進行窮舉算法時，效率是電子計算機的1000倍。
對於20 bit的量子計算機，在進行窮舉算法時，效率是1000000倍。
對於30 bit的量子計算機，在進行窮舉算法時，效率是1000000000倍。
而且僅僅有原型機不夠的。
Bit的運算種類，速度，可靠性，微縮性，都有大量的工程要做。
目前的「量子計算」，NOT的算法，就是用電子束，精密地噴上去，再進行一次光耦合反應。
長此以往，這麼高成本的行為，怎麼吃得消。你不能要求每一次四則運算，都發生一趟正負粒子涅滅吧。
長遠來看，「量子計算機」也需要發明磁芯之類的穩定存儲器，12nm之類的精密線程。在運算速度和小型化上，都有很長的路要走。
（會不會死機，也有無數路要走）
六）結語
很多年以前，我們學小學數學時，老師總喜歡拿一些繞腦的應用題來虐我們。
例如小明的鉛筆，分小王一半，分小李三分之一，小王比小李多五支，請問小明還剩幾支。
諸如此類的噩夢，深深伴隨小學一二三年級。以至於我們總以為老師存有一顆掛樹的心。
從三年級開始，情況發生了質的改變。因為小學數學開始教X。
小明有幾支鉛筆，不要緊，可以假設為X。
小王1/2X
小李1/3X
1/2X – 1/3X = 5
你看，多簡單的數學題！
有了X之後，我們理解和透析整個世界的方法簡單了許多。
尤其是許多利息和存款成正比，dx=KX之類的問題。
這種東西，不列方程簡直解不出來。
靠人想，想破腦子你也想不明白垂鏈曲線CH（x），想破頭你也解不出「最快降落」問題。
同樣道理，對於21cn的人類科學，也進入到了一個瓶頸。
有些東西，靠邏輯推理來想，是真心想不出來的。
譬如說，汽缸發動機，形狀要如何設計，才能壓縮比最高。
飛機的高速氣動機翼，要怎樣的流線型，才能阻力最小。
氣缸形狀的設計，燃油會在裡面反弧再反弧，互相影響。差一點點熱效率就差很多。
是「最初形狀」的多次複雜方程。很難用邏輯解開。一般都是靠建模計算機硬算。
量子計算機的發明，其實就是21CN的X。
形狀應該是什麼。我不知道。但可以假設為曲線X。
恍惚之間，我拿到了小學數學成績突飛猛進的鑰匙。
[1]《中國光量子計算機誕生》http://news.ifeng.com/a/20170504/51042160_0.shtml
[2]這個表有一點錯誤。文科生小編混淆了「量子計算機」和「量子糾纏通訊」的概念。
[3]《D-Wave的量子計算機「真偽論」塵埃落定》http://tech.hexun.com/2013-07-25/156492375.html
-END-
近十年，研讀列國政經文史，一個國家一個國家去攻克。《列國志》系列149本電子書，共20.5G。你若看完，相當於全覽人類歷史、文明精華。截圖舉例：
1）電子書獲取方式：掃描二維碼，關注公眾號"乘風者也"，然後在公眾號後臺輸入「禮包」兩個字
2）點擊公眾號底部菜單欄，進讀者群，學習交流，野蠻生長