前言：

? ? ? ? 量子計算究竟是怎么回事，現在發展到什么階段了，不是專業人士可能真的沒機會了解。本文就通過得到課程上面的李鐵夫老師對于量子計算的問與答分享給大家，希望對大家的生活與工作有所幫助。李鐵夫老師是清華大學微電子學研究所的副研究員，從事量子計算機科研工作將近20年。

問與答：

1. 量子有沒有具體物理實體？是不是光子？為什么會有疊加態和量子糾纏？能不能用最簡單的方式解釋，讓我們非專業的人也能聽懂？
回答：要講清楚量子物理的原理，太難了。在大學里，專業學生都要學好幾個學期。所以，我在這兒只能簡單介紹一下，讓你感受一下量子世界的神奇。
首先，我要告訴你，你不要把量子當成一個像電子、原子這樣的實體。你問這個問題，可能覺得，量子是一個比原子、電子還小的東西。你腦子里的模型，已經習慣了我們找到越來越小的單元，去理解和解釋這個世界。物理學家也曾經這么期待，這個世界可以拆分得越來越小，只是尺度更小了，但基本規則是不變的。
不過，在100年前，物理學家發現，用以往的基本規則，也就是經典物理，在尺度很小的情況下，沒辦法解釋實驗中的新現象了。所以，建立了新規則，就叫作量子物理。
所以，對于普通人來說，你可以把“量子”這個概念當作一個開關。當你聽到量子的時候，就代表著我們解釋的規則變了，從經典物理換到了量子物理。
那經典物理和量子物理這兩套規則有什么關系呢？就像宏觀經濟學和微觀經濟學一樣。我們描述宏觀經濟學的理論，沒法兒完全解釋微觀經濟學的現象。雖然我們知道，微觀構成了宏觀，但它們是兩套解釋模型。
不嚴謹地說，我們要把能量分成一份一份的，才能解釋新現象，這就是量子的思想。物理學家在這個基礎上，建立了一套數學解釋體系，叫做量子力學。反過來，我們通過量子力學的規則，也可以完成對量子的操控，進行計算工作，就是量子計算。
這個時候，再來看前面的問題。量子有沒有實體？電子、光子是不是量子呢？其實，量子更是一個概念，一種思想。比如電子、光子，它們都是量子體系，因為它們遵循了量子物理的規則。
接下來，我給你簡單解釋一下量子疊加和量子糾纏。
量子疊加是什么呢？我打個比方。你可能聽說過薛定諤的貓，這就可以理解成一只量子貓。
這只貓在同一時刻，用我們經典物理的規則來看，要么是生，要么是死，沒有其他可能性。但是，量子物理中，它能夠處于既生又死的狀態，可能是20%生80%死，也可能是一半生一半死，甚至生死的比例還可以隨時間發生變化。那么，這只貓所處的這種狀態，在量子物理中稱作“量子疊加態”，意思是說，有兩種基本狀態疊加在一起。你可能覺得有點難理解，沒關系。
再來說說量子糾纏。就是說，如果幾個量子之間產生了糾纏，那這幾個量子就喪失了自我，成為了一個集體。比如說，一個量子在地球，另一個在銀河系邊上。即便我們只是觀測其中一個，另一個也會馬上變化。
上面我所說的，不論是量子糾纏還是量子疊加，都是我們發現的現象。至于說，它們為什么會這樣，我們無法解釋。我們現在只能用數學公式去描述它。

2. 前幾年量子計算機還只是愿景般的存在，那么這次谷歌的重大突破究竟有多重大？中國現在量子計算的研發在世界上處于什么水平？?

回答：要說說最近谷歌的量子霸權代表著什么，我想先說一說量子計算機的發展。
量子計算的理論從上世紀八十年代就開始了，不過真正把它運用到計算上，還是從量子比特真正實現開始的。比特就是比特幣的比特，你可以把它理解成是一個信息的基本單位，量子比特就是說，計算機里的信息單位可以用量子物理規則來實現了。
以我所從事研究的超導量子比特為例，它在1999年的時候，在日本NEC公司蔡兆申教授的實驗室第一次被成功演示。后來，各種形式的量子比特也被逐一實現，比如離子阱、量子點、核磁共振等形式的量子比特。這意味著，量子計算機的誕生。
實現了量子比特之后，大家就開始擴大量子比特的規模。科學家們開始熟悉這個新生事物，研究了量子比特的各種設計方案，嘗試了很多材料和結構。其中，標志性的進展有兩個，一個是2017年的時候，IBM發布了20個超導量子比特的量子計算機；另一個是2018年，美國初創企業IonQ公司發布了11個量子比特的離子阱量子計算機。
隨著量子比特數量和質量的增加，運算能力也越來越高了。直到最近，發生了一件里程碑式的事件，Google宣布，在他們53個量子比特的量子計算機中實現了“量子霸權”。
所謂的量子霸權，就是說對某一個計算問題，量子計算擁有了超越所有經典計算機的計算能力。Google就宣稱，他們的量子計算機成功地在3分20秒時間內，完成了一個專門的計算問題，而傳統計算機計算這個問題需要1萬年的時間。
不過，這只是解決了一個特定的計算問題。我必須要承認，一臺大規模的、能解決實際問題的量子計算機，什么時候能夠實現，學術界還沒有一個明確的時間點。但好消息是，量子計算這種計算思想，已經在數學上被嚴格證明了，而且迄今為止，我們并沒有發現任何物理學上的困難，會限制量子計算機的實現。所以，量子計算被實現的可能性很大。
那我們國家的量子計算研究進展如何？我可以很自豪地告訴你，中國處在國際科研的第一梯隊。在超導電路、拓撲器件、量子點、離子阱和光子等多個可行方案上，都有團隊做出了世界級的成果。因此，我有理由相信，在量子計算機的研發過程中，中國一定會取得跟國力匹配的科技地位。

3. 量子計算對我們普通百姓的生活到底有什么看得見的影響？比如以后的密碼都沒用了怎么辦？對區塊鏈有影響嗎？

回答：首先，我們來談談量子計算機破解密碼這件事。
現在我們常用的一種加密方法，叫做RSA加密。理論上來說，如果要破解它，需要經典計算機幾百萬年的時間，但是如果用量子計算機，幾分鐘就能破解了。
但是，我們還做不出這么一臺量子計算機。據估算，想要真正破解RSA加密，需要一臺含有至少百萬個量子比特的量子計算機，而今天世界上最好的量子芯片，也只有53個量子比特。所以，從理論到實際應用，還有很長的路要走。
就算RSA加密體系能夠被量子算法破解了，還有其他常用的量子加密方案，我們還沒有對應的量子算法，比如比特幣所用的橢圓曲線加密算法。 所以，就算現在手頭就有一臺量子計算機，也沒法在短時間內破解比特幣。
當然了，現在沒有，并不代表以后永遠不會有?？茖W家們已經想到這一點了，對量子加密方案進行了研究。一旦量子計算機對現有的密碼體系構成了威脅，就可以立刻啟用量子加密技術，建立起新的平衡，確保社會秩序、國家安全不會受到侵害。
其實，除了破解密碼之外，量子計算機還有更大更重要的用武之地。比如，可以利用量子模擬來研究特效藥、提高能源效率；可以利用量子優化來幫助解決交通擁堵、提高投資收益等等。解決這些問題的核心就在于，用量子計算機可以算得更快，處理更大的數據量，這些領域有可能成為量子計算第一批實用化和商用化的突破，給我們普通人的生活帶來切實的改變。
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總結

以上是生活随笔為你收集整理的【转载】IT新曙光——“遇事不决，量子力学” 的问与答的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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