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突破
最近，中國科技界真可謂捷報連連，首個貨運飛船“天舟一號”成功升空，首艘國產航母順利下水，自主研製的水陸兩棲飛機AG600以及中型客機C919也在摩拳擦掌的等待各自的首秀，中國科技實現了一個個華麗轉身，這緊密的節奏也是讓國人興奮的喘不過氣來。
然而，今天又一顆重磅消息橫空砸來：世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機誕生！
這個早期經典計算機指的就是“二戰”期間誕生於美國的世界上第一臺通用計算機“埃尼阿克”（Eniac），僅僅時隔70多年，“埃尼阿克”就遇到了誕生於中國的這個全新“對手”所帶來的巨大挑戰！
更令人振奮的是，這個“世界首臺”是貨真價實的“中國造”，屬中國科學技術大學潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯合浙江大學王浩華教授研究組攻關突破的成果。他們在基於光子和超導體系的量子計算機研究方面都取得了突破性進展，這次也一共發佈了兩個量子計算機的原型，一種基於光學，一個基於超導，該系列成果已經發表於國際權威學術期刊《自然光子學》和《物理評論快報》上。潘建偉教授也正是去年對我國自主研製的世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”成功升空做出巨大貢獻的“量子衛星之父”。
先說光學體系，研究團隊在去年首次實現十光子糾纏操縱的基礎上，利用高品質量子點單光子源構建了世界首臺超越早期經典計算機的單光子量子計算機。
潘建偉介紹，根據測試，我國研製的量子原型機的“玻色取樣”速度比國際第二名進行類似實驗的速度整整快了24000倍！
再說超導體系，研究團隊實現了目前世界上最大數目（十個）超導量子比特的糾纏，並在超導量子處理器上實現了快速求解線性方程組的量子算法，打破了之前由谷歌、NASA和UCSB等一系列美國大牛聯合研製的九個超導量子比特的操縱。
也就是說，中國的量子計算機無論是在光學體系還是超導體系都實現了巨大突破，光量子計算機屬於“世界首臺”，超導量子計算機也實現了10個超導量子比特的高精度操縱，打破了此前美國所保持的記錄，處於世界領先位置，就是這麼厲害！
2
速度
那到底什麼是量子計算機呢？
我們現在對電子計算機很熟悉，但很少人知道它和量子計算機的區別在哪裡。簡單來說，根本區別其實就是計算能力！
量子計算機的計算能力之所以強過傳統電子計算機，原因就在於兩者存儲信息與運算方式上的不同。
在電子計算機裡，一個微小晶體管中存儲的數據，在一個時間點上是固定的，要麼是1，要麼是0。而量子計算機則不同，量子具有疊加態，一個量子位可以有兩種狀態，這樣N個量子位時就有2的N次方種狀態。
更神奇的地方在於，傳統電子計算機的計算方式是串行運算，一個算完算下一個。而量子計算機由於處於疊加狀態，天然就能並行運算。如果畫個圖來表示，那下圖右邊就是普通計算機，左邊就是量子計算機，非常靈活，同時疊加運行。如果電子計算機要分成50次計算完成，量子計算機則可以把這過程分成50個部分，同時計算完成，再疊加給出結果。
想像一下，你被要求5分鐘內在指定圖書館某一本書的某頁上找到一個字母“X”，這幾乎是不可能的，因為那裡有5000萬冊書。但是如果你處於5000萬個平行現實中，每個現實都可以查看不同的書籍，你肯定能在其中某個現實中找到這個“X”。在這個假設中，普通計算機就是像瘋子一樣的那個你，需要5分鐘內找遍儘可能多的書。而量子計算機卻能將你複製出5000萬個，每個只需翻找一本書即可。這效率，簡直成倍躍升！
目前，我們所有的計算機體系都是基於馮諾依曼式的組織結構，其運行速度的增長已經明顯放緩，對於大規模數據的分析計算效率也很難再提高。量子計算的提出，則是旨在專門為複雜問題的求解設計一種全新的計算機體系，讓運行速度“飛”起來了！
所以，曾有人打過一個比方：如果現在傳統計算機的速度是自行車，量子計算機的速度就好比飛機。使用億億次的“天河二號”超級計算機求解一個億億億變量的方程組，所需時間為100年。而使用一臺萬億次的量子計算機求解同一個方程組，僅需0.01秒。
3
改變
這種逆天的超高速計算方式，必然會使很多方面發生重大變化。
首先是對人類科技進步而言，量子計算機“開闢了一個新的戰場”。“埃尼阿克”作為世界上第一臺經典算法計算機，開闢了一個屬於計算機的時代，以前，量子計算速度比經典計算機快還只是停留在理論中，而該臺原型機將這一理論變成現實邁出了堅實的第一步，把量子計算機真正推向和經典計算機競爭的擂臺。這是歷史上第一臺超越早期經典計算機量子模擬機，為最終實現超越經典計算能力的量子計算這一國際學術界稱之為“量子稱霸”的目標奠定了基礎，這屬於中國人為世界科技進步添磚加瓦的關鍵一步！
其次是在現實生活方面，量子計算機的應用範圍就更廣了！只要是涉及到邏輯計算分析，都可以發揮它的優勢。量子計算利用量子相干疊加原理，在原理上具有超快的並行計算和模擬能力，計算能力隨可操縱的粒子數呈指數增長，可為經典計算機無法解決的大規模計算難題提供有效解決方案。比如預測天氣、解決交通擁堵等問題，比如在金融的分析投資、醫療領域的診斷等，都能借此變得更加高效、準確。
舉個幾個簡單例子，如果你要尋找一個數據，普通計算機可能需要測試每一個條目，但量子計算機算法只需要普通計算機算法次數的平方根次就可以了，這對於處理大量數據及信息來說，簡直意義非凡。甚至可以在幾天裡解決傳統計算機會花費數百萬年時間才能處理的數據，未來的應用前景十分令人神往。
再比如，量子計算機可以應用到信息技術安全中去，有了它，你瀏覽電子郵件和銀行數據都會處於加密安全系統的保護之下，有了這種安全系統，你給每個人一個公共密鑰編碼信息，那也就只有你能解碼。
再比如，現在的天氣預報大多是基於探測數據的推測，很難保證準確。但量子計算機可以一次分析所有數據，向我們提供更好的模型，精準地顯示惡劣天氣會在何時何地出現。我們可以提前預測颶風等極端天氣，從而預留足夠的時間拯救生命。
在每天的出行中，GPS可以幫你優化出最佳線路，但如果有了量子計算機，我們可以把整個城市甚至整個地球上所有人的出行計劃全都輸入進去，讓它計算出最優解，從而讓人們徹底告別交通擁堵。
在研發藥物方面，量子計算機能夠描繪出數以萬億計的分子組成，並將其中最可能有效的組合快速識別出，顯著降低藥物的研發成本和週期。
在探索太空方面，量子計算機可以處理望遠鏡視野中更多的數據，從而發現更多的行星，並迅速識別出最有可能存有生命體的行星。
......
第三，在軍事方面，量子計算機更是能讓信息化戰爭換了“容顏”。包括量子計算機在內的量子技術在軍事應用方面有著無與倫比的廣闊前景，量子隱形通信系統將建立在各類作戰指揮控制體系之間和各種偵察預警系統、主要作戰平臺以及空間武器系統之中，從而構建出量子信息化戰場的通信網絡，以其超大信道容量、超高通信速率等特性，在未來的信息化戰爭中扮演無可替代的角色。美國國防部就對此就給予了高度重視，國防高級研究計劃署專門制定了名為“量子信息科學和技術發展規劃”的研究計劃，其對外公開宣稱的目標是，若干年內要在核磁共振量子計算、中性原子量子計算、諧振量子電子動態計算、光量子計算及固態量子計算等領域取得重大研究進展。
有人甚至認為，量子計算的意義不亞於核武器……一旦有些國家軍隊擁有了量子計算機，而另一些國家軍隊卻沒有，當戰爭爆發的時候，這就猶如一個瞎子和一個睜眼的人在打架一樣，對方可以把你的東西看得清清楚楚，而你卻什麼都看不到。第四，掌握了量子計算機，就可能掌握了未來新技術領域的主導權。比如說，現在很火的人工智能。人工智能的爆發，有幾個因素離不開，一是龐大數據的積累，一是硬件性能提升，帶來的計算能力的提高。像AlphaGo，現在最著名的人工智能產品，它在迎戰李世石時，動用了1920個CPU、280個GPU，來保證它的運算。所以，某種意義上來說，AlphaGo的勝利，是建立在硬件的堆砌之上。如果有量子計算，那麼AlphaGo就無須用這麼暴力的方式了。從這一點上來說，它是能夠促進人工智能進化的，使它變得更為超效，帶來飛躍式的提升與進步。
這樣來看，量子計算機也為中國的科技實力提供趕超歐美的機會。在傳統科技領域，很多方面其實已經為歐美國家的企業所控制，甚至壟斷。由於它們坐擁巨大的資源與強大的研發能力，也藉此擁有豐厚的利潤，得以不斷投入巨資進行再研發，形成良性循環。這使得中國的企業無論怎樣，很難在這些傳統科技領域打破其格局。
但在人工智能這一“新興”領域，雖然中國晚於歐美國家起步，但這幾年來，中國在人工智能的發展，無論是從企業數量，或是人才、研究實力上看，均不遜於美國。
中國人工智能的發展，呈現出一種與其他科技領域完全不同的發展方式，這甚至讓美國科技界十分警惕，並藉此不斷提醒美國政府，要其注重科技的投入、相關政策的扶持等，以避免被中國超越。量子計算機，也是如此。
去年中國就成功地發射全球首枚量子衛星，今天又在量子計算機方面有了巨大突破，說明我國在這方面具有良好的基礎與能力。因此，只要我們發力，同時從硬件、軟件、材料等多方面著手進行研究、佈局，這樣，中國在量子計算機上的發展，就不怕會落後於歐美國家。
考慮到量子計算對諸如人工智能等領域的作用，未來或許將形成巨大的連鎖反應，推動中國科技全面快速發展，全面超越歐美國家。
4
繼續
也正是看到了上面一系列的重大意義，各國相關領域的科學家才能在量子計算機探索的道路上鍥而不捨，咬緊牙關絲毫不讓步，美國甚至組建了包括谷歌公司、美國航天航空局和加州大學聖芭芭拉分校等眾多科研巨頭在內的“夢之隊”來進行量子計算機的研發。世界紀錄也不斷被刷新著，這次，中國科學家顯然在這一領域又把紀錄刷新了。
今天取得了重大成果的我國科學家也深知“前路漫漫”，往前的每一步都是極其艱難，讓量子計算機計算“飛入尋常百姓家”目前來說難度更大，所以絲毫不敢鬆懈，反而深感責任之重大。
潘建偉研究團隊依然在“繼續前行”，計劃在今年年底分別實現20個光量子比特和20個超導量子比特的操縱。隨著可操縱粒子數的增加，量子計算機的計算能力將會呈指數增長，可為經典計算機無法解決的大規模計算難題提供有效解決方案。
朱曉波也說，研究團隊正致力於設計、製備和測試20個超導量子比特樣品，並計劃在2017年底前發佈量子云計算平臺。
他們的堅持和努力，也讓我們對於我國量子計算機，對於我國科技騰飛有了更多的信心和期待！
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