在1982年發(fā)表的一篇論文中，諾貝爾獎得主費(fèi)曼認(rèn)為，在計(jì)算機(jī)上模擬量子力學(xué)內(nèi)在地就需要指數(shù)級增長的投入，而他給出的建議則是，使用量子計(jì)算機(jī)。費(fèi)曼相信，一臺基于量子力學(xué)現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)在模仿量子力學(xué)現(xiàn)象上有著近水樓臺先得月的先天優(yōu)勢——早在1980年，保羅·貝尼奧夫（Paul Benioff）就在論文里提到了基于圖靈機(jī)制造微量子力學(xué)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模型的可能性。

1985年，牛津大學(xué)的大衛(wèi)·道勅（David Deutsch）在一篇論文里給出了量子計(jì)算的抽象模型，但是，此時大家的疑問還是，量子計(jì)算機(jī)究竟能解決哪些實(shí)際問題。7年后，道勅和理查德·約饒（Richard Jozsa）在論文里給出了他們的肯定答案：

“比起任何基于確定性算法的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)在解決問題上所花的時間要少得多；比起任何基于隨機(jī)算法的計(jì)算機(jī)的預(yù)期時間，量子計(jì)算機(jī)也相對更少?！?/p>

但是僅僅有量子計(jì)算機(jī)的設(shè)想還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，沒有算法支持的計(jì)算機(jī)無疑遠(yuǎn)遠(yuǎn)都只能停留在遐想階段，要讓所有人都真正信服量子計(jì)算機(jī)的巨大先進(jìn)性，他們還需要更具說服力的事實(shí)。

正是從20世紀(jì)90年代開始，量子計(jì)算的研究取得了前所未有的豐碩成果，在各大公司實(shí)驗(yàn)室和院校機(jī)構(gòu)的共同推動下，量子計(jì)算從科學(xué)家論文中的設(shè)想、算法逐漸落實(shí)到到實(shí)際制造的機(jī)器上。

1994年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的休爾發(fā)表了論文，在里面向大家展示了他的量子算法分解大數(shù)的質(zhì)因數(shù)的速度如何領(lǐng)先于當(dāng)時的已知任何計(jì)算機(jī)——分解一個1000位的數(shù)字，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)大約需要耗費(fèi)10京（《孫子算經(jīng)》載“萬萬曰億，萬萬億曰兆，萬萬兆曰京”）年的時間，而利用量子計(jì)算機(jī)的話，只需要20分鐘左右。

休爾的量子算法將會對 RSA 等在內(nèi)的加密算法和系統(tǒng)造成了顯而易見的沖擊，在此以前，破解一個 RSA 129位密碼需要8個月時間以及1600名計(jì)算機(jī)用戶，然而用量子算法破解 RSA 140位密碼也只要數(shù)秒的時間而已。

休爾的發(fā)現(xiàn)使得量子計(jì)算機(jī)掀起了一場的風(fēng)暴，不僅席卷了物理學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，讓他們感受到新的計(jì)算工具蘊(yùn)含的巨大潛力，亦使得包括之前一直相信使用 RSA 算法的國家部門和各公司開始認(rèn)真對待關(guān)注這個概念。

量子計(jì)算機(jī)第一次從科學(xué)家的象牙塔里走到了世人面前。

1995年，舒馬赫（Benjamin Schumacher）發(fā)表了論文，第一次提出了量子比特信息學(xué)上的概念，并創(chuàng)造了“量子比特”（qubit）的說法。

比特（bit）是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中最基礎(chǔ)的構(gòu)件，它只存在兩個狀態(tài)0或1之間，在量子計(jì)算機(jī)中，情況卻并非如此。量子力學(xué)告訴我們，量子具有疊加態(tài)的特性，因而，量子計(jì)算機(jī)中的比特——即量子比特——同時就有了0與1的狀態(tài)，它既可以是1，亦可是0?；诹孔悠叫校覀兛梢詫⑦@兩種狀態(tài)看成是處于兩個不同宇宙里，那么，當(dāng)一個量子比特進(jìn)行運(yùn)算時，實(shí)際上是處于兩個宇宙里的數(shù)值在同時執(zhí)行。

包含3個量子比特的寄存器

3個比特可以代表8種狀態(tài)，但是寄存器卻只能記錄其中的一個結(jié)果，而3個量子比特構(gòu)成的寄存器同時也具備了其線性疊加態(tài)效果，于是可以同時記錄8種數(shù)值結(jié)果。通過這樣一個簡單的例子就能看出來量子計(jì)算機(jī)驚人的計(jì)算能力，是同數(shù)目（設(shè)為n）比特構(gòu)成的經(jīng)典計(jì)算機(jī)的2n倍。

理論上來說，一個量子比特可以儲存的信息是無限的，當(dāng)被測量時，狀態(tài)滿足一些特定條件的量子比特才會釋出0或1那樣的結(jié)果，也就是說，測量會使得量子比特從疊加態(tài)坍縮，反之，量子比特中存儲的信息將始終處于動態(tài)演化過程之中，并且，通過量子門就能讀取其中的信息。

假設(shè)我們?nèi)?shù)字15來作為要分解的對象，設(shè)它作N，隨機(jī)選一個數(shù)字設(shè)作X，并且1

我們將這個運(yùn)算結(jié)果列表如下：

我們會發(fā)現(xiàn)上述取值的運(yùn)算結(jié)果呈現(xiàn)出（1，2，4，8，1，2，4，8……）的重復(fù)數(shù)列，我們將重復(fù)的頻次命為 f，那么這個運(yùn)算中，f 的取值就是4。

通過寄存器B中一系列復(fù)雜的運(yùn)算執(zhí)行，上述的f可以在量子計(jì)算機(jī)中獲得，得出的f值會帶入下列公式計(jì)算出一個可能的因數(shù)。得出的結(jié)果不會一定就是正確的，但是生成f值的量子干涉會反復(fù)嘗試對x進(jìn)行代換從而篩選出正確的結(jié)果并排除錯誤的答案。

這就是休爾的量子算法的整體思路，它向科學(xué)界和大眾真正展示了量子計(jì)算的強(qiáng)大威力。

計(jì)算機(jī)科學(xué)中一個最基本的問題就是非結(jié)構(gòu)化搜索，1996年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的拉夫·格羅夫（Lov Kumar Grover）在論文里提出了針對這一問題的量子算法。假設(shè)有 N 個黑箱，每個箱中包含確定的1或0，每次打開一個箱子記為一次搜索請求，那么如果我們想要尋找到包含1的箱子，那么最多講需要進(jìn)行N次請求，而格羅夫的算法則將其減少到了次。

量子計(jì)算機(jī)固然擁有眾多優(yōu)勢，但是這些基于量子力學(xué)上的特性也使得它本身較之經(jīng)典計(jì)算機(jī)更加不穩(wěn)定。和經(jīng)典計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)、硬件并不一樣，量子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)制造首先需要保證量子比特處于穩(wěn)定的相干疊加態(tài)的之中。

量子計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的能力是建立在量子相干態(tài)帶來的量子平行上的，一旦相干態(tài)中的量子比特在和外部環(huán)境發(fā)生量子糾纏之后會陷入退相干狀態(tài)，那么，此時的量子比特和傳統(tǒng)比特一樣只能表示一種狀態(tài)，也就是說，不穩(wěn)定狀態(tài)下的量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)相比喪失了最大的優(yōu)勢——1995年，休爾和安德魯·斯迪恩（Andrew Steane）分別獨(dú)立發(fā)表了量子糾錯的規(guī)劃，試圖以此來解決量子計(jì)算機(jī)在退相干上的隱患。

無論是休爾還是格羅夫的量子算法實(shí)際上都是建立在量子線路基礎(chǔ)上的，而量子線路和經(jīng)典計(jì)算機(jī)一樣也包含導(dǎo)線——這里的導(dǎo)線在廣義上還包括粒子、光子乃至地域傳送、時間演化等——和邏輯門，前者用來傳輸信息，后者則負(fù)責(zé)操作。

新紀(jì)元：各種量子算法出現(xiàn)

如果量子計(jì)算僅僅是停留在模仿經(jīng)典計(jì)算機(jī)算法的地步的話，那么量子計(jì)算本身在信息儲存和操作具備的巨大優(yōu)勢就會僅僅被用來在計(jì)算復(fù)雜性理論（computational complexity theory）上留下一些成果，而現(xiàn)實(shí)的物理世界及問題則會被忽視。

于是，在基于量子線路基礎(chǔ)上的量子算法之外，還出現(xiàn)了其他的量子算法，而它們不僅確實(shí)能在一些應(yīng)用場景中超過經(jīng)典計(jì)算機(jī)，還能重新定義難解（intractability）和易解（tractability）問題的抽象概念。

• 絕熱算法(adiabatic algorithm)

2000年，MIT和東北大學(xué)（Northeastern University）的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)提出了絕熱算法（Adiabatic Algorithms），2004年，該算法被證明在多項(xiàng)式意義上等價于線路模型。

• 基于測量的量子算法（Measurement-Based Algorithms）

和量子線路模型以幺正演化（unitary evolution）作為基本機(jī)制來操作信息不同，該算法只使用非幺正測量手段作為可計(jì)算步驟，這套算法演變稱兩個主要門類，一是隱形傳態(tài)下的量子計(jì)算（teleportation quantum computing），二是單向量子計(jì)算機(jī)（one way quantum computer）。在2003年，該算法被證明在計(jì)算復(fù)雜性理論問題上同樣等價于線路模型。

• 拓?fù)淞孔訄稣摚═opological-Quantum-Field-Theory Algorithms）

在2000年，有人已經(jīng)證明，該模型可以在標(biāo)準(zhǔn)量子計(jì)算機(jī)上被高效模擬，但是該算法的最大優(yōu)勢在于高容錯性，而這就意味著大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的可能性。

1996年，賽斯·羅伊德（Seth Lloyd）在論文里為費(fèi)曼曾經(jīng)提出的量子計(jì)算機(jī)的設(shè)想給予了肯定的答案，包括量子計(jì)算機(jī)在內(nèi)的任何量子系統(tǒng)都能通過程序化來模仿任意量子系統(tǒng)的行為，而且他還給出了對量子計(jì)算機(jī)的未來展望：

“各式原子、分子以及半導(dǎo)體制成的量子設(shè)備的出現(xiàn)預(yù)示著量子模擬即將成為現(xiàn)實(shí)?！?/p>

1997年，第一個基于量子計(jì)算機(jī)的核磁共振模型提出，下一年，核磁共振技術(shù)就運(yùn)用到了2量子比特位的寄存器中，而到了2000年，寄存器中的量子比特?cái)?shù)量在美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室（Los Alamos National Laboratory）手中增加到了7個。

和經(jīng)典計(jì)算機(jī)不一樣，量子比特并不天然存在，除了粒子阱之外，人們還嘗試了基于量子比特的偏振化光子、超導(dǎo)體、半導(dǎo)體以及拓補(bǔ)量子來作為量子比特，不斷地尋找最穩(wěn)定的量子比特載體。

2001年，IBM利用核磁共振技術(shù)激活7枚核自旋體使其成為量子比特，在成功運(yùn)行了上兆次之后，終于成功地將15質(zhì)數(shù)分解為3 × 5，量子計(jì)算機(jī)第一次將使得量子計(jì)算變成了現(xiàn)實(shí)——整整10年之后，中國的科學(xué)家利用4個量子比特實(shí)現(xiàn)了分解143。

2005年，人們成功地在粒子阱中控制住了8個量子比特，到了2010年，人們已經(jīng)可以在粒子阱中制造出14個處于糾纏態(tài)的量子比特。

到了2012年，早已經(jīng)不復(fù)往日風(fēng)光的 IBM 依然在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了驚人的成就，他們利用3D超導(dǎo)量子比特成功地使量子比特維持量子狀態(tài)的時間延長到100微秒（μs，1微秒等于百萬分之一秒）——對當(dāng)時的科學(xué)家們而言，這微不足道的剎那時間已經(jīng)超過了量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效的糾錯機(jī)制的最低時間，而他們則能把更多的精力放在提高量子計(jì)算機(jī)規(guī)模的工程問題上。

在量子計(jì)算風(fēng)起云涌的90年代，在IBM、貝爾實(shí)驗(yàn)室、MIT等各領(lǐng)風(fēng)騷的同時，一家4人聯(lián)合創(chuàng)辦的公司在遠(yuǎn)離量子計(jì)算研究應(yīng)用版圖中心的加拿大悄悄地成立了，此時正是20世紀(jì)的最后一年。

在之后的很長一段時間中，這家叫D-Wave的公司也并沒有引起多少人的注意和興趣，直到2007年，這家默默無聞的公司忽然推出了16位量子退火處理器原型獵戶座（Orion），而僅僅9個月后，他們又向外界展示了其27位處理器原型。

紅色為模擬退火算法，黑色為量子退火算法

D-Wave的量子退火算法的原理大體是這樣的：

和基于熱波動原理的模擬退火（simulated annealing）不同的是，量子退火(Quantum annealing)利用了量子波動。量子波動使得量子具有穿透比它自身能量高的勢壘的能力，即量子隧穿效應(yīng)。量子退火通過模擬這一過程來實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)系統(tǒng)的優(yōu)化。

模擬退火算法要跳出局部最小點(diǎn)A到達(dá)全局最優(yōu)點(diǎn)B只能采用翻越勢壘的方式實(shí)現(xiàn)，因此以一定概率暫時接受較差的當(dāng)前解成為必須。量子退火算法則利用量子隧穿效應(yīng)，可以直接從 A 點(diǎn)穿透勢壘到達(dá)B點(diǎn)。因此，量子退火可能在某些問題上具有比經(jīng)典模擬退火算法更好的性能。

這家公司就像一個粗魯而強(qiáng)壯的野蠻人一般風(fēng)風(fēng)火火地撞進(jìn)了由實(shí)驗(yàn)室和象牙塔里的科學(xué)家們經(jīng)營維護(hù)的秘密花園，然后大無畏地蕩滌一切，兀自平靜地看著那群目瞪口呆猝不及防的人們。

加州大學(xué)伯克利分校教授阿麥?zhǔn)病ね邼衫誓幔║mesh Vazirani）這樣評價 D-Wave 和他們的原型產(chǎn)品：“一個16位的量子計(jì)算機(jī)只比手機(jī)的處理器強(qiáng)一些，很難說它代表了什么實(shí)用突破……即使 D-Wave 的‘量子計(jì)算機(jī)’的確是真的量子計(jì)算機(jī)，就算它有上千個量子比特，它也不必一部手機(jī)強(qiáng)上多少。”

然而，4年之后，這家公司推出了運(yùn)行128位的一體量子計(jì)算機(jī)D-Wave One，代號“雷勒”（Rainier）的處理器主要用來解決優(yōu)化問題，這被認(rèn)為是世界上第一臺商用化的量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其售價將近1000萬美元。推出這臺機(jī)器之后僅僅4天，洛克希德·馬丁公司就和D-Wave簽署了一份購買其機(jī)器、維護(hù)服務(wù)的長年合同。

對D-Wave的懷疑并沒停息，一支研究團(tuán)隊(duì)表示，D-Wave One里的量子退火在運(yùn)算速度上并沒有比經(jīng)典計(jì)算機(jī)快上多少。

但是，對D-Wave批評質(zhì)疑的局面并非一成不變。

MIT的教授斯科特·艾倫森（Scott Aaronson）自稱“懷疑 D-Wave 者扛把子”（Chief D-Wave Skeptic），早在2007年他就宣稱D-Wave原型機(jī)展示“什么都沒法證明”。

隨著D-Wave One的推出以及更多關(guān)于支持D-Wave的研究——其中就包括發(fā)表在《自然》（Nature）上的論文——的出現(xiàn)，艾倫森也漸漸改變了自己的傾向，盡管依然堅(jiān)持自己的質(zhì)疑，但是，他最終還是表達(dá)了對D-Wave的祝賀，并宣布“從‘懷疑D-Wave者扛把子’任上退休”：

“過去4年來，大家一直要量子計(jì)算群體去評價一家只有冷水和餐盤的食肆，現(xiàn)在我很高興看到 D-Wave 終于端上了開胃菜?！?/p>

2012年，D-Wave推出了代號“維蘇威”（D-Wave）的512位量子計(jì)算機(jī)D-Wave Two，同一年，這家公司和 Google、NASA合作在埃姆斯研究中心（Ames Research Center）組建了量子人工智能實(shí)驗(yàn)室（Quantum Artificial Intelligence Lab）。

不同的研究團(tuán)隊(duì)對D-Wave的能力有著幾乎截然相反的評價，有人認(rèn)為，在解決某些問題上，它的機(jī)器的最快運(yùn)算速度是經(jīng)典計(jì)算機(jī)的3600倍，而另外一些實(shí)驗(yàn)則顯示，在解決Prog-QAP問題上，普通單核桌面處理器的速度最多是D-Wave的1.2萬倍，在處理Prog-QUBO問題上，前者最多是后者的160倍。

實(shí)際上，D-Wave對自己的機(jī)器有著清晰的界定：

這臺機(jī)器并非通用量子計(jì)算機(jī)，僅僅只用運(yùn)行優(yōu)化算法；

這臺機(jī)器的量子比特是有噪的，在容錯閾值之下是無法運(yùn)行的；

并沒有大規(guī)模的量子糾纏；

一些良好調(diào)整的經(jīng)典優(yōu)化算法有時能超過D-Wave Two。

D-Wave 2X 量子計(jì)算機(jī)。 （Photo by Stephen Lam/Reuters）

在不斷的爭議和批評中，D-Wave在2015年發(fā)布了他們基于“喀邁拉圖”（chimera graph）架構(gòu)的新一代1152位（實(shí)際上并沒達(dá)到）量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng) D-Wave 2X。

一年之后，IBM推出了自己的5位量子計(jì)算機(jī)處理器，而正如它始終強(qiáng)調(diào)而D-Wave 欠缺的那樣，這是一臺通用量子計(jì)算機(jī)，盡管藍(lán)色巨人已經(jīng)顯出傾頹跡象，但是它依然給自己的量子計(jì)算列出了未來10年周期的開發(fā)計(jì)劃——在之后10年里開發(fā)出50~100位的量子計(jì)算機(jī)。IBM研究院總監(jiān)阿爾文德·克里希納（Arvind Krishna）這樣說道：

“量子計(jì)算機(jī)和今天的計(jì)算機(jī)非常不一樣，不只是因?yàn)闃幼踊蚴裁醋龀傻?，更重要的在于量子?jì)算機(jī)能做的事情?！?/p>

未來將至，巨頭公司入局

在D-Wave的一份官方PPT中，公司的CTO喬迪·洛斯（Geordie Rose）認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)最具顛覆性和吸引力的就是在分子維度上模擬自然，它在制藥、化工還有生物科技等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用，由此，量子計(jì)算可以撬動涵蓋上述3個總價值3.1萬億美元的市場。

這是10年前他在斯坦福大學(xué)演講時的期許。

回顧歷史，在麥克斯韋的19世紀(jì)，電磁物理推動了電力的發(fā)展，使得人類社會的文明程度上升到前所未有的地步，毫無疑問推動了工業(yè)和商業(yè)的進(jìn)步。回首過去一百多年，戰(zhàn)爭結(jié)束后，包括太空探索、計(jì)算機(jī)、核能開發(fā)等技術(shù)革命幾乎都與量子力學(xué)有關(guān)，而這些技術(shù)最終也無一例外地反過來促進(jìn)了民用和商業(yè)。

量子計(jì)算研究的成熟和繁榮也毫無疑問地有著這樣的效應(yīng)。

早在2002年，就有了第一家從事量子鑰分配的商業(yè)公司ID Quantique，10多年后，黑莓創(chuàng)始人邁克·拉扎里德斯（Mike Lazaridis）成立了1億美元的風(fēng)投基金投資量子計(jì)算，下一年，英國政府宣布投入2.7億英鎊來支持量子技術(shù)的研究和商業(yè)化。

現(xiàn)在，量子計(jì)算應(yīng)用最深入、最具現(xiàn)實(shí)性的領(lǐng)域毫無疑問地是在通信方面。

早在1970年，斯蒂芬·威斯納就提出了“量子錢”（quantum money）的概念，最早利用量子的測不準(zhǔn)性來進(jìn)行加密，直到1983年這一設(shè)想才得以以論文的形式公諸于世，在威斯納思路的啟示下，BB84協(xié)議問世。

量子通信的基本原理是這樣的，收發(fā)雙方的信息內(nèi)容是可以被編譯成光子偏振的，信息發(fā)送者利用隨機(jī)偏振發(fā)送信息，接受信息者發(fā)現(xiàn)并記錄下信息。然后，發(fā)送者在公頻告知接受者偏振頻率，兩者按照正確的偏振比對選擇的信息部分。如果在信息收發(fā)過程中有竊聽者并試圖轉(zhuǎn)發(fā)信息的話，那么傾聽者有一半的機(jī)會獲得正確的信息。

由于接受者獲得的信息中有一半是錯誤的，他可以在公頻中將這些錯誤信息和發(fā)送者選取隨機(jī)信息對比，然后重復(fù)收到錯誤、對比的過程，直至得出正確的完整信息。也就是說，在整個信息收發(fā)過程中，要做到隱瞞收發(fā)雙方竊聽信息是不可能實(shí)現(xiàn)的。

正是基于上述的原理，量子通信可以最大限度地保證用戶的隱私和信息安全，也正因?yàn)檫@樣，量子通信在國家信息安全層面有著越來越迫切的現(xiàn)實(shí)需求，從根本上來說，這也是包括中國、美國及歐洲紛紛跟進(jìn)的原因。

1992年，本內(nèi)特和威斯納共同提出了超密編碼協(xié)議（super-dense coding protocol），利用一個無噪纏繞比特信道和一個無噪量子比特信道模擬出了兩個無噪經(jīng)典比特信道，次年，本內(nèi)特等六人發(fā)表的論文提出了隱形傳態(tài)協(xié)議（teleportation protocol），利用兩個經(jīng)典比特信道和一個纏繞比特實(shí)現(xiàn)了一個量子比特的傳輸。

這兩個協(xié)議的提出奠定了整個量子信息理論的基礎(chǔ)，向我們展示了經(jīng)典通信源和量子通信源結(jié)合、有噪通信源和無噪通信源結(jié)合的可能性。在隨后20多年的時間里，量子通信開始受到各國的重視并快速進(jìn)入應(yīng)用階段。

1993年，英國率先在10公里的光纖中實(shí)現(xiàn)了量子密鑰分發(fā)，4年之后，洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)記錄地在48公里的地下光纖完成了量子密碼本的傳輸，1999年，日本和瑞典合作完成了40公里光纖的量子密碼通信。

中國在量子通信領(lǐng)域發(fā)表的論文遙遙領(lǐng)先于其他國家地區(qū) （來源：博客）

2000年，中國在850納米的單模光纖中完成了1.1公里的量子密碼通信演示性實(shí)驗(yàn)，到2004年，中國科學(xué)家在北京與天津之間成功實(shí)現(xiàn)了125公里光纖的點(diǎn)對點(diǎn)的量子密鑰分配，2005年，中國創(chuàng)造了13公里的自由空間雙向量子糾纏分發(fā)世界紀(jì)錄，同時驗(yàn)證了在外層空間與地球之間分發(fā)糾纏光子的可行性。2009年，成功實(shí)現(xiàn)了世界上最遠(yuǎn)距離的量子態(tài)隱形傳輸，證實(shí)了量子態(tài)隱形傳輸穿越大氣層的可行性，同年8月，在合肥構(gòu)建了全球首個全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時語音量子保密通信。2010年，中國成功實(shí)現(xiàn)了16公里的量子態(tài)隱形傳輸，比原世界紀(jì)錄提高了20多倍。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國科學(xué)院以及北京郵電大學(xué)在論文發(fā)表數(shù)量上有著巨大優(yōu)勢。 （ 來源：博客）

在中國這個市場最大、資源最雄厚的地方，量子計(jì)算如野火一般燒遍各個領(lǐng)域，為焦土中的萌芽積攢下最肥沃的養(yǎng)料。尤其是在量子通信方面，中國在研究、應(yīng)用方面所獲得的成就全面領(lǐng)先于其他國家地區(qū)。除了墨子號的發(fā)射之外，現(xiàn)在，北京和上海之間建造的長約2000公里的“京滬干線”是世界上第一條量子通信網(wǎng)絡(luò)。

與此同時，在通信之外的領(lǐng)域，量子計(jì)算同樣也有著誘人的吸引力。

在航空領(lǐng)域，洛克希德·馬丁之所以采購 D-Wave 的機(jī)器，就是因?yàn)橄扔械慕?jīng)典計(jì)算機(jī)在進(jìn)行飛機(jī)軟件實(shí)驗(yàn)時往往力不從心，無法應(yīng)付大量繁復(fù)的數(shù)據(jù)。同樣的道理，NASA 也早早意識到了量子計(jì)算在分析外太空行星軌道數(shù)據(jù)方面的巨大優(yōu)勢，也早早地和 D-Wave 建立起了合作關(guān)系。

在天氣氣候方面，量子計(jì)算也有著讓人期待的表現(xiàn)，在處理計(jì)算大規(guī)模數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢使得人們對于天氣氣候模型的認(rèn)識了解更深入及時的話，那么就能帶來更準(zhǔn)確的天氣氣候預(yù)報，而更準(zhǔn)確的預(yù)報必然提高自然氣候?yàn)?zāi)害的預(yù)防力度和治理效率，實(shí)際上密切關(guān)系著人們正常的生活工作。Google 的工程總監(jiān)曾經(jīng)如此評價道：“我們相信量子計(jì)算可以解決許過最具挑戰(zhàn)性的計(jì)算機(jī)科學(xué)問題……如果我們想創(chuàng)造更有效的環(huán)境政策，我們就需要更好的模型來了解氣候究竟發(fā)生了什么?！?/p>

在制藥、生物科技方面，量子計(jì)算儼然一副救世主的面貌。這些行業(yè)推出一款可上市產(chǎn)品必然會經(jīng)歷一個漫長的實(shí)驗(yàn)分子結(jié)合的過程，而往往這些實(shí)驗(yàn)又以失敗告終，因此，通過量子計(jì)算來節(jié)省大量的時間和成本不僅有利于這些公司的商業(yè)訴求，反過來也能極大地降低抗癌藥等高價藥的成本，最終幫助到普通病患。而在可以預(yù)見的未來，基因?qū)蛹壍姆治鰧?shí)驗(yàn)等必然會成為醫(yī)學(xué)研究的主要方向之一，而這同樣需要借助到量子計(jì)算的力量。

事實(shí)上，量子計(jì)算同樣能夠推動人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等的演化進(jìn)步，從而實(shí)現(xiàn)高科技技術(shù)之間的協(xié)同效應(yīng)。

1999年，阿拉姆·哈羅（Aram W. Harrow）、阿維納塔·黑斯登（Avinatan Hassidim）及賽斯·羅伊德（Seth Lloyd）共同發(fā)表論文提出了一種嶄新的量子算法以解決線性方程式系統(tǒng)，經(jīng)典算法所需要的時間為O（Nk)，而該算法能將時間縮短至O(log(N)k2)。

機(jī)器學(xué)習(xí)就是識別系統(tǒng)中數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來的趨勢，其主要任務(wù)就是在高維向量空間（high-dimensional vector spaces）里對數(shù)據(jù)進(jìn)行操控和分類，經(jīng)典機(jī)器學(xué)習(xí)的算法受制于數(shù)據(jù)量和空間維度所決定的多項(xiàng)式時間，而量子計(jì)算機(jī)則能通過利用張量積的空間（tensor product spaces）來操控高維向量。

這上述被稱之為 HHL 的量子算法正好可以施用于支持向量機(jī)（support vector machine），而羅伊德參與的另一篇論文指出，所有的量子支持向量機(jī)都能被用作進(jìn)行大數(shù)據(jù)分類，而且較之經(jīng)典計(jì)算機(jī)在速度上有顯著的優(yōu)勢。

而今，自動汽車、自動駕駛、腦機(jī)交互、自然語言處理乃至線上廣告、搜索引擎、推薦系統(tǒng)等都是機(jī)器學(xué)習(xí)的熱門領(lǐng)域，從這一點(diǎn)來說的話，我們可以毫不夸張地說，量子計(jì)算實(shí)際上決定了包括特斯拉、Google、微軟、Amazon、Facebook等公司在未來的發(fā)展方向和趨勢。

實(shí)際上，如果我們留意墨子號報道的話就會發(fā)現(xiàn)，在中國的量子衛(wèi)星項(xiàng)目中，阿里量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)站也是地面科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的重要組成部分。

而早在2015年，阿里巴巴就與中國科學(xué)院聯(lián)合成立了量子計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室。

根據(jù)他們的規(guī)劃，到2025年，量子模擬將達(dá)到當(dāng)今世界最快的超級計(jì)算機(jī)的水平，初步應(yīng)用于一些目前無法解決的重大科技難題；到2030年，研制具有50~100個量子比特的通用量子計(jì)算原型機(jī)，自主研發(fā)物理層設(shè)計(jì)、制造及算法，全面實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算功能，并應(yīng)用于大數(shù)據(jù)處理等重大實(shí)際問題。

除了處理購物網(wǎng)站頁面搜索、購買、交易等方面產(chǎn)生的巨大數(shù)據(jù)之外，對這家中國目前市值最高的互聯(lián)網(wǎng)公司而言，量子算法最大的價值和意義在于更好地利用這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生更大的效益。

從金融、共享經(jīng)濟(jì)再到文娛產(chǎn)業(yè)，所有的這些產(chǎn)品與服務(wù)實(shí)際上都和中國互聯(lián)網(wǎng)用戶的數(shù)據(jù)息息相關(guān)，而中國的互聯(lián)網(wǎng)用戶又是全世界最龐大最復(fù)雜的群體，要優(yōu)化甚至商業(yè)化這些數(shù)據(jù)，僅僅依靠經(jīng)典計(jì)算機(jī)或者經(jīng)典算法或許還能應(yīng)付當(dāng)前的局面，但要如阿里巴巴量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)始人所言成為橫跨3個世紀(jì)的百年企業(yè)的話，它無疑需要更具前瞻性和戰(zhàn)略性的技術(shù)作為儲備和殺手锏。

對它而言，對Google、微軟、特斯拉等公司而言，它們都是抱著同樣的心理。

而這亦是促使從我們這個漫長故事開頭的奧斯特到麥克斯韋再到普朗克、玻爾以至圖靈、休爾、格羅夫到今天的潘建偉等人成為時代風(fēng)云人物的原因。

如果說量子計(jì)算時代已經(jīng)到來的話，我們不得不說，至今我們依然沒有一臺真正公認(rèn)的量子計(jì)算機(jī)問世；如果說量子計(jì)算時代還很遠(yuǎn)的話，我們又必須承認(rèn)，利用量子計(jì)算技術(shù)產(chǎn)生的成果正越來越多地應(yīng)用到我們的生活之中去。

這是量子計(jì)算的故事，也是歷史的故事。

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