（文章來源：36氪）

量子計算機將復雜任務分解成許多簡單任務，與人類相比，計算機處理簡單任務時快很多，這就是計算機的優(yōu)勢所在。但經(jīng)典計算機存在限制：任務必須按順序出現(xiàn)。正因如此，如果任務太復雜，或者數(shù)據(jù)庫太大，想找到解決方案就會耗費很長時間。許多時候問題太龐大，從數(shù)學層面看，即使是最強大的超級電腦也沒有辦法突破序列任務設定的障礙，但量子計算機可以，因為它有一些有趣的特征：疊加、糾纏和干涉。

為了解釋這種現(xiàn)象，我們回退一步。當計算機將復雜任務分解成簡單小任務時，最簡單的任務是什么？就是在兩個選項之間選擇，比如在A或者B、真或者假、頭或者尾之間選擇，這些都是二元問題。在計算機中，二進制代碼（用1或者0代表）可以轉化為計算機電路開關中的“開或者關”。雖然二進制解決方案（信息比特）能以驚人的速度交流信息，但讀取時必須一個接一個讀取。量子計算機的效率高很多。與比特等價的是量子比特，從本質上講它相當于一個可以承載可測量信息的粒子。

比特必須以一種二元狀態(tài)或者另一種狀態(tài)存在，但量子比特可以以量子態(tài)（疊加）存在，它可以在同一時間以兩種狀態(tài)存在。量子力學從很大程度上說就是概率游戲，量子比特變成狀態(tài)A或者B的概率可能是50/50，也可能是70/30、10/90或者其它比例。

你可以這樣想像：量子比特的位置位于AB之間，或者位于球面的某個位置，球的一端是A狀態(tài)，另一端是B狀態(tài)。不論怎樣，因為量子有疊加特點，所以它可以同時在多個位置出現(xiàn)。為了找到問題的解決方案，量子比特一次可以沿多條路徑前進，但比特一次只能選一條。

迪杰斯特拉算法(Dijkstra)可以幫我們找到抵達目的地效率最高的路徑，量子比特沒有必要一條一條路探索（經(jīng)典計算機正是這樣做的），它可以同時分析多條路徑，以更快的速度找到最棒的路徑。當問題越復雜，輸入信息越龐大，經(jīng)典計算機尋找路徑的時間就會越長。量子計算不一樣，它的效率高很多。

想挖掘量子疊加的優(yōu)勢，時間很關鍵，因為量子比特與測量設備接觸時疊加特性會受到影響。我們管這種物理法則叫作“觀測者效應”。粒子雖然會同時表現(xiàn)出粒子和波的特點，但是當我們觀測時只能記錄其中一種。到底記錄到其中的哪一種取決于觀測。所以說，當我們想探知量子比特攜帶怎樣的信息時，就會面臨這樣的障礙。

我們可以利用量子力學的第二個特點來克服 “觀測者效應”，這個特點就是“糾纏”（entanglement）。物理家已經(jīng)證實“糾纏”的存在，也就是兩個粒子不管相隔多遠，都能聯(lián)系在一起。現(xiàn)在我們可以操縱幾十個量子比特，讓它們變成單一的糾纏狀態(tài)，這樣我們就能建立一個網(wǎng)絡，它有2的n次方種可能性（n就是網(wǎng)絡中量子比特的數(shù)量），它們可以協(xié)同工作。

如果量子比特攜帶相同的信息，如何處理？那就要談談量子干涉了，粒子具有波的特點，干涉是波的特征之一。當波峰與波峰相遇，波谷與波谷相遇，彼此互補，效果就會放大，這就是相長干涉。如果波峰與波谷相遇，就會抵消，這就是相消干涉。當超過一個量子比特處于相長干涉狀態(tài)，它們的效果就會放大，這樣就可以傳輸信息了。

要想讓量子網(wǎng)絡真正發(fā)揮潛能，還有一些障礙要跨越。雖然與經(jīng)典計算機相比量子計算機解決問題的速度更快（也就是所謂的量子優(yōu)勢），但是即使是當今最大、最穩(wěn)定的量子系統(tǒng)，在商業(yè)上還是沒有實用價值。實際上，往糾纏系統(tǒng)中添加量子比特是一件非常難的事，因為網(wǎng)絡非常脆弱。1998年，IBM、牛津、加州伯克利大學、斯坦福、MIT成功將一對量子比特組合。20年后，谷歌刷新紀錄，將量子比特數(shù)量增加到72個。

雖然糾纏能從一定程度上解決“觀察者效應”這一問題，但是量子狀態(tài)還是容易被破壞，而且量子特征的持續(xù)時間也很有限。量子系統(tǒng)必須在退出疊加狀態(tài)、進入退相干狀態(tài)之前找到解決方案，否則就會失敗。外部因素也會導致量子比特退出疊加狀態(tài)，雖然我們可以增加量子比特的數(shù)量，但是量子比特越多，越容易受到外部因素的影響。現(xiàn)在行業(yè)一般會用激光器、磁場、超導體創(chuàng)建一個環(huán)境，延長量子狀態(tài)的壽命，這樣能降低“出錯率”。

當出錯率下降，觀測系統(tǒng)也許能取得突破，我們可以根據(jù)觀測開發(fā)更棒的量子算法。一些行業(yè)玩家已經(jīng)允許客戶通過云進入量子計算網(wǎng)絡，這樣就能讓研發(fā)變得更容易。一旦我們可以建立足夠龐大、足夠穩(wěn)定的量子比特網(wǎng)各，一旦出錯率降得足夠低，量子計算機解決經(jīng)典問題時速度會更快，不只如此，它還可以解決經(jīng)典計算機解決不了的問題。

到了這一階段就能實現(xiàn)“量子霸權”。也有人認為“量子霸權”不可能實現(xiàn)，因為受到了物理原則和理論的限制，量子計算不可能走到這一步。

（責任編輯：fqj）