在經(jīng)典科學(xué)計(jì)算中，不確定性不可接受，這讓工程師很煩惱。但是，對(duì)量子計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，不確定性卻是它的亮點(diǎn)。量子計(jì)算機(jī)天生具有了解世界的能力，可通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)的方法探索多種答案，從而生成復(fù)雜決策。下面和小編一起深入了解什么是量子計(jì)算吧。

量子計(jì)算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式。對(duì)照于傳統(tǒng)的通用計(jì)算機(jī)，其理論模型是通用圖靈機(jī)；通用的量子計(jì)算機(jī)，其理論模型是用量子力學(xué)規(guī)律重新詮釋的通用圖靈機(jī)。從可計(jì)算的問(wèn)題來(lái)看，量子計(jì)算機(jī)只能解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所能解決的問(wèn)題，但是從計(jì)算的效率上，由于量子力學(xué)疊加性的存在，目前某些已知的量子算法在處理問(wèn)題時(shí)速度要快于傳統(tǒng)的通用計(jì)算機(jī)。

基本原理：

量子力學(xué)態(tài)疊加原理使得量子信息單元的狀態(tài)可以處于多種可能性的疊加狀態(tài)，從而導(dǎo)致量子信息處理從效率上相比于經(jīng)典信息處理具有更大潛力。普通計(jì)算機(jī)中的2位寄存器在某一時(shí)間僅能存儲(chǔ)4個(gè)二進(jìn)制數(shù)（00、01、10、11）中的一個(gè)，而量子計(jì)算機(jī)中的2位量子位（qubit）寄存器可同時(shí)存儲(chǔ)這四種狀態(tài)的疊加狀態(tài)。隨著量子比特?cái)?shù)目的增加，對(duì)于n個(gè)量子比特而言，量子信息可以處于2種可能狀態(tài)的疊加，配合量子力學(xué)演化的并行性，可以展現(xiàn)比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快的處理速度。

疊加原理：

把量子考慮成磁場(chǎng)中的電子。電子的旋轉(zhuǎn)可能與磁場(chǎng)一致，稱(chēng)為上旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，或者與磁場(chǎng)相反，稱(chēng)為下旋狀態(tài)。如果我們能在消除外界影響的前提下，用一份能量脈沖能將下自旋態(tài)翻轉(zhuǎn)為上自旋態(tài)；那么，我們用一半的能量脈沖，將會(huì)把下自旋狀態(tài)制備到一種下自旋與上自旋疊加的狀態(tài)上（處在每種狀態(tài)上的幾率為二分之一）。對(duì)于n個(gè)量子比特而言，它可以承載2的n次方個(gè)狀態(tài)的疊加狀態(tài)。而量子計(jì)算機(jī)的操作過(guò)程被稱(chēng)為幺正演化，幺正演化將保證每種可能的狀態(tài)都以并行的方式演化。這意味著量子計(jì)算機(jī)如果有500個(gè)量子比特，則量子計(jì)算的每一步會(huì)對(duì)2^500種可能性同時(shí)做出了操作。2^500是一個(gè)可怕的數(shù)，它比地球上已知的原子數(shù)還要多（這是真正的并行處理，當(dāng)今的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，所謂的并行處理器仍然是一次只做一件事情）。

發(fā)展前景：

量子計(jì)算將有可能使計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力大大超過(guò)今天的計(jì)算機(jī)，但仍然存在很多障礙。大規(guī)模量子計(jì)算所存在重要的問(wèn)題是，如何長(zhǎng)時(shí)間地保持足夠多的量子比特的量子相干性，同時(shí)又能夠在這個(gè)時(shí)間段之內(nèi)做出足夠多的具有超高精度的量子邏輯操作。

世界上第一臺(tái)商用量子計(jì)算機(jī)

加拿大量子計(jì)算公司D-Wave于2011年5月11日正式發(fā)布了全球第一款商用型量子計(jì)算機(jī)“D-Wave One”。D-Wave公司的口號(hào)就是——“Yes,you can have one.”。D-Wave On采用了128-qubit（量子比特）的處理器，理論運(yùn)算速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越現(xiàn)有任何超級(jí)電子計(jì)算機(jī)。不過(guò)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)這還算不上真正意義的通用量子計(jì)算機(jī)，只是能用一些量子力學(xué)方法解決特殊問(wèn)題的機(jī)器。通用任務(wù)方面還遠(yuǎn)不是傳統(tǒng)硅處理器的對(duì)手，而且編程方面也需要重新學(xué)習(xí)。另外，為盡可能降低qubit的能級(jí)，需要利用低溫超導(dǎo)狀態(tài)下的鈮產(chǎn)生qubit，D-Wave 的工作溫度需保持在絕對(duì)零度附近（20 mK）。

量子計(jì)算將有可能使計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力大大超過(guò)今天的計(jì)算機(jī)，但仍然存在很多障礙。大規(guī)模量子計(jì)算所存在的一個(gè)問(wèn)題是，提高所需量子裝置的準(zhǔn)確性有困難。

世界上第一臺(tái)商用量子計(jì)算機(jī)

加拿大量子計(jì)算公司D-Wave于2011年5月11日正式發(fā)布了全球第一款商用型量子計(jì)算機(jī)“D-Wave One”，量子電腦的夢(mèng)想距離我們又近了一大步。D-Wave公司的口號(hào)就是——“Yes,you can have one.”。其實(shí)早在2007年初，D-Wave公司就展示了全球第一臺(tái)商用實(shí)用型量子計(jì)算機(jī)“Orion”（獵戶(hù)座），不過(guò)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)當(dāng)時(shí)那套系統(tǒng)還算不上真正意義的量子計(jì)算機(jī)，只是能用一些量子力學(xué)方法解決問(wèn)題的特殊用途機(jī)器。

中科大首次研制出非局域量子模擬器

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李傳鋒教授研究組首次研制出非局域量子模擬器，并且模擬了宇稱(chēng)—時(shí)間（Parity-time, PT）世界中的超光速現(xiàn)象。

這一實(shí)驗(yàn)充分展示了非局域量子模擬器在研究量子物理問(wèn)題中的重要作用。

量子模擬器是解決特定問(wèn)題的專(zhuān)用量子計(jì)算機(jī)，這一概念最早由費(fèi)曼于1981年提出。費(fèi)曼認(rèn)為自然界本質(zhì)上是遵循量子力學(xué)的，只有用遵循量子力學(xué)的裝置，才能更好地模擬它，這個(gè)力學(xué)裝置就是量子模擬器。目前量子模擬器研究中，人們更多關(guān)注的是它的量子加速能力，通常情況下，一個(gè)量子模擬器所操控的量子比特?cái)?shù)越多，它的運(yùn)算能力就越強(qiáng)。

華為首次曝光量子計(jì)算成果

2018年10月12日，華為公布了在量子計(jì)算領(lǐng)域的最新進(jìn)展：量子計(jì)算模擬器HiQ云服務(wù)平臺(tái)問(wèn)世，平臺(tái)包括HiQ量子計(jì)算模擬器與基于模擬器開(kāi)發(fā)的HiQ量子編程框架兩個(gè)部分，這是這家公司在量子計(jì)算基礎(chǔ)研究層面邁出的第一步。