計(jì)算機(jī)曾經(jīng)被認(rèn)為是高端技術(shù)，只有科學(xué)家和訓(xùn)練有素的專業(yè)人員才能使用。但在20世紀(jì)70年代后半期，計(jì)算機(jī)發(fā)生了巨大的變化，這種變化不僅僅是機(jī)器變得更小，也更強(qiáng)大。同時(shí)也改變了計(jì)算機(jī)的使用，每個(gè)人都可以在家中使用它們。

今天，量子計(jì)算還處于起步階段，量子計(jì)算包含了20世紀(jì)物理學(xué)中一些最令人費(fèi)解的概念。在美國，谷歌、IBM和NASA正在試驗(yàn)和構(gòu)建第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。中國也在量子技術(shù)方面投入巨資。

筆者《量子計(jì)算為每個(gè)人》的書在3月已經(jīng)發(fā)布，作者相信量子計(jì)算也會(huì)有相似的轉(zhuǎn)變。并且，這種轉(zhuǎn)變將比大多數(shù)人所意識(shí)到的改變更快。

個(gè)人電腦的興起

第一臺(tái)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)誕生于20世紀(jì)50年代。它們體積很大，經(jīng)常不太穩(wěn)定，如果按照今天的標(biāo)準(zhǔn)，它并不強(qiáng)大。它們是為解決重要問題而設(shè)計(jì)出來的，例如開發(fā)第一個(gè)氫彈。人們普遍認(rèn)為，這是計(jì)算機(jī)所擅長的事情，但世界不需許多計(jì)算機(jī)。

當(dāng)然，這種觀點(diǎn)被證明是完全錯(cuò)誤的。

1964年，John Kemeny和Thomas Kurtz 編寫了BASIC語言。他們的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種易于學(xué)習(xí)的簡單編程語言，使任何人都能編程。最終，編程不再僅限于訓(xùn)練有素的科學(xué)家，現(xiàn)在任何人都可以學(xué)習(xí)編程。當(dāng)20世紀(jì)70年代后期第一臺(tái)家用電腦出現(xiàn)時(shí)，計(jì)算的轉(zhuǎn)變?nèi)栽诶^續(xù)。愛好者現(xiàn)在可以購買自己的電腦并在家里編程。父母和孩子可以一起學(xué)習(xí)。這些最先誕生計(jì)算機(jī)不是很強(qiáng)大，可以用它們做的事情也數(shù)量有限，但大家的熱情非常高。

在BASIC中編程。圖片來源：David Firth / Wikimedia

當(dāng)人們使用自己的電腦時(shí)，自然地意識(shí)到他們需要更高性能和更多功能。微軟和蘋果的創(chuàng)始人都看到了家用電腦前景光明。

幾乎每個(gè)美國人現(xiàn)在都擁有一臺(tái)筆記本電腦，平板電腦或智能手機(jī)，或擁有三個(gè)。他們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)上花費(fèi)很多時(shí)間，包括社交媒體，網(wǎng)上購物和搜索。

這些活動(dòng)在20世紀(jì)50年代都不存在，當(dāng)時(shí)沒有人知道他們想要或需要他們。這是一種新工具，計(jì)算機(jī)促成了它們的發(fā)展。

進(jìn)入量子

經(jīng)典計(jì)算，即現(xiàn)在為計(jì)算機(jī)提供動(dòng)力的計(jì)算類型，與人類的計(jì)算方式類似。它將所有計(jì)算都分解為二進(jìn)制的數(shù)字0和1?，F(xiàn)在，我們的計(jì)算機(jī)使用比特（二進(jìn)制位數(shù)），因?yàn)樗鼈円子诳刂?，使其處于開啟或關(guān)閉位置。

量子計(jì)算則基于宇宙的計(jì)算方式，它包含了所有經(jīng)典計(jì)算，但也包含了一些來自量子物理學(xué)的新概念。

量子計(jì)算不是經(jīng)典計(jì)算的比特，而是具有量子比特。然而，量子計(jì)算的結(jié)果與經(jīng)典計(jì)算的結(jié)果完全相同：多比特。

不同之處在于，在計(jì)算過程中，計(jì)算機(jī)可以通過比特以更多方式操縱量子比特。它可以將量子比特置于狀態(tài)的疊加中并使它們糾纏在一起。

量子疊加和量子糾纏都是大多數(shù)人不熟悉的量子力學(xué)概念。疊加大致意味著量子位可以是0和1的混合。糾纏表示量子位之間的相關(guān)性。當(dāng)測(cè)量一對(duì)糾纏量子位中的一個(gè)時(shí)，它會(huì)立即顯示你測(cè)量其伙伴時(shí)將獲得的值。這就是愛因斯坦所說的“遠(yuǎn)距離的幽靈行動(dòng)”。

完整描述量子力學(xué)所需的數(shù)學(xué)知識(shí)令人生畏，而這些是設(shè)計(jì)和構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)所必需的。但是，理解量子計(jì)算和開始設(shè)計(jì)量子電路所需的數(shù)學(xué)知識(shí)要少得多，高中代數(shù)是唯一的要求。

人人使用量子計(jì)算

量子計(jì)算機(jī)才剛剛開始建造，它們是大型機(jī)器，有些不可靠，也還不特別強(qiáng)大。

他們將用于做什么？量子計(jì)算在密碼學(xué)中具有重要的應(yīng)用。1994年，麻省理工學(xué)院的數(shù)學(xué)家Peter Shor表示，如果能夠建造量子計(jì)算機(jī)，他們就能夠破解當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)加密方法。這促使構(gòu)建了可以應(yīng)對(duì)量子攻擊的數(shù)據(jù)加密新方法，開啟了后量子加密時(shí)代。

看起來量子計(jì)算可能會(huì)對(duì)化學(xué)產(chǎn)生巨大影響。經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以模擬某些反應(yīng)，化學(xué)家們希望量子計(jì)算機(jī)能夠有效地模擬這些量子現(xiàn)象。

我認(rèn)為推測(cè)未來50年大多數(shù)人將使用量子計(jì)算機(jī)做什么意義不大。當(dāng)量子計(jì)算成為任何人都可以在自己家中使用的東西時(shí)，可能會(huì)更有意義。

答案是這已經(jīng)成為可能了。2016年，IBM在云中添加了一臺(tái)小型量子計(jì)算機(jī)。任何有互聯(lián)網(wǎng)連接的人都可以在這臺(tái)計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)和運(yùn)行自己的量子電路。量子電路是執(zhí)行量子計(jì)算的一系列基本步驟。

IBM的量子計(jì)算機(jī)不僅可以免費(fèi)使用，而且這種量子計(jì)算機(jī)具有簡單的圖形界面。它是一臺(tái)小型，不是非常強(qiáng)大的機(jī)器，就像第一臺(tái)家用電腦一樣，但愛好者可以開始嘗試。這種轉(zhuǎn)變已經(jīng)開始。

人類正在進(jìn)入一個(gè)直接學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)量子計(jì)算的時(shí)代。與第一臺(tái)家用電腦一樣，可能還不清楚量子計(jì)算機(jī)是否存在需要解決的問題，但隨著人們的使用，我認(rèn)為人們會(huì)發(fā)現(xiàn)他們需要更多高性能和更多功能。這將為我們尚未想象的新應(yīng)用開辟道路。雷鋒網(wǎng)

本文作者Chris Bernhardt是《量子計(jì)算為每個(gè)人》的作者，也是費(fèi)爾菲爾德大學(xué)數(shù)學(xué)教授。 雷鋒網(wǎng)

雷鋒網(wǎng)編譯，via singularityhub

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