量子计算与超级计算机_赵春雷

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1、‖预见计算技术未来专题（一）‖量子计算与超级计算机赵春雷/编译●与核聚变能源研究类似，量子计算机的找到。研制有着诱人可能性。在二十一世纪里，这一研由此，你可能会认为，对于真正的科学家究可能会实现，也可能不会实现———这不仅取们———与科学幻想迷截然不同———来说，不必担忧决于科学和技术的曲折发展进程，同样也取决量子计算机的研制会花费太长时间。然而，我将会于政治和经济的曲折发展进程。提出一个完全不同的看法，量子计算理论的提出确实是现在科学界发生的最激动人心的事件之一。但当人们听说我从是，并不是因为你通常所听说过的原因。事量

2、子计算———一种首先，虽然有关量子计算的研究已经开展，但关于未来计算机运算究竟什么是量子计算机？的最前沿的理论建如果非要用新闻报道喜欢用的比喻来描述这议———的研究工作时，一数学成就，大多数受欢迎的作家会把量子计算机他们的第一个问题通描述成一个有魔力的机器，它可以并行处理每一个常就是，“既然如此，我它能够处理的问题，而不是每次只尝试处理一个。的办公桌上什么时候根据量子计算机的构想，这是可能的，因为与现在有希望放上一台可以计算机控制比特进行运算的方法不同，量子计算机工作的量子计算机？”可以控制量子的比特，或者称为量子位，每

3、一个量斯科特·阿伦森包括媒体经常列举出子位可以同时被定义为“0”和“1”。关于商用量子计算机的应用指日可待的铺天盖地但是，这种关于量子计算机工作原理的构想是的新闻报道。当我对这些新闻报道与现实情况之间非常粗略的，遗漏了这个原理的许多重要方面。当的牵强关系进行解释之后，他们会问：“那样的话，你衡量一台量子计算机的输出时，你会仅仅看到一要等到什么时候？10年之内能行吗？20年之内呢？”个单一并且任意的答案———而不是一个包含所有遗憾的是，类似这样的问题，就像在问十九世纪三可能答案的清单。当然，如果你仅仅需要答案中的十年代设计

4、出第一个现在通用计算机图纸的查尔任意一个，你可以自己选择，也没必要用量子计算斯·巴贝奇（CharlesBabbage）：你研究的玩意儿是否机，而且自己选择也省了很多麻烦。会在十九世纪四十年代或五十年代出现。所以，更看好量子计算机的唯一理由就是，与我们已经习惯了的世界相比，亚原子世界遵循不同魔力机器：量子计算机的概率法则。在日常生活中，如果有人说“明天降雨现在的量子计算研究人员面对着相似的窘境，的几率是负百分之三十”，说这话的人会被认为是他们勾画出了一个引人瞩目的关于一种新型计算傻子，因而也就更不会有人说“百分之负一的平方

5、机的设想：一旦这一构想变成现实，一些问题将会很快得到解决。而这些问题即使对于今天运行速度本文作者斯科特·阿伦森（ScottAaronson），麻最快的超级计算机来说，却永远不能解决。但是，一省理工学院（MIT）电气工程和计算机科学系副教些建造量子计算机所需要的材料直到现在还没有授。28世界科学2012.2‖预见计算技术未来专题（一）‖根的机会”。然而，量子力学是建立在所谓振幅的数《骇客帝国》中展示的那样，宇宙自身通常就是一台字基础之上的，振幅与概率有着密切的联系，不过巨大的计算机，摆弄一列由“1”和“0”组成的列阵，它们

6、也可以是“负的”（实际上，它们是复数）。本质上与任何一台办公桌上的个人电脑所做的工最为重要的是，如果一个事件（比方说，一个光作完全相同。子撞击屏幕）通过一种方式产生的振幅为正，通过如果说“宇宙是一台计算机”的话，即使这一说另一种不同的方式产生的振幅为负，此时，两种振法在一个非常牵强的理论水平上才能成立，那么它幅会相互产生“破坏性干扰”，并且相互抵消，以至也是一台比人类制造出的任何一台计算机要强大于使得这样的事件似乎根本没有发生过。量子计算很多（量子计算已经证明这一说法对传统观点提出研究的目标是编排一种计算方法，以便使得导

7、致错的挑战）。实际上，要规避这一结论的唯一方法看似误答案产生的振幅会相互抵消，而导致正确答案产比研制量子计算机更加疯狂：人们将不得不推翻量生的振幅会得到加强。子力学理论，否则就必须找到一个更便捷的途径使今天的计算机通过量子力学来运行。前景诱人：问题仍存在暂且把对宇宙的关切放在一边，加强对量子计一个广泛流传的看法是，研究人员已经掌握了算机的研究能产出更加实用的副产品。那些被开发大量制约计算机运算速度提高的瓶颈问题，并且知用来解释量子算法的技术，已经一再被证明对于解道如何利用这些诀窍来提升计算机的运算速度。然释传统算法具有重

8、要的帮助。对于传统计算机来而，与这一看法相反，研究人员其实仅仅知道少数说，现在的很多加密密码是保证其安全性的主要证几个。到现在为止，研究人员所知道的诀窍主要有据，而这些密码设定所依据的参数是建立在量子计两个：模拟电子和原子的“行为”以及破解某些加密算基础上的。的代码———不幸的巧合是，需要破解的代码还包括量子计算理论