70年后,電腦什么樣?

你在家里打開輕巧的筆記本電

腦，啟動它那每秒能夠做20億次運算的奔騰Ⅳ CPU的時候，可曾想到就在不到70年前，人類歷史上第一臺電子計算機ENIAC，每秒只能完成5000次運算，而且它還重達30噸，占地近百平方米，使用了18000個真空電子管以及總長800公里的電線！

如今，我們已經習慣了每隔1年半，計算機的性能就翻一番的令人眩暈的現實。不過，如果說，其實你手上使用的筆記本電腦的結構，跟那臺超龐大的ENIAC一樣！那是否出乎你的意外呢？

是的，70年過去了，計算機的結構本身并沒有發生什么變化，無論是ENIAC還是你的P4電腦，都只是按部就班地處理一串由O和1組成的符號串，其中O和1分別用某種物理量的兩種不同狀態來表示。當然，現代計算機還能夠做更多的事，比如，把輸出的O和1，轉換為生動眩目的顯示器圖像。所以計算機70年來的進步，就只是以印刷在硅晶片上面的微米級半導體電極代替10厘米長的真空電子管而已。

那么未來的70年呢？計算機還會得到如此迅猛的發展嗎？回答是肯定的?？茖W家們靈機一動，巧妙地利用量子物理系統有別于經典系統的一個獨特性質——除了能夠表達O和1兩種狀態之外，還能夠同時表達O或者1，只是表達O具有一定的概率，而表達1則具有相應的概率，這兩個概率和為1。量子計算機的概念宣告計算機的發展將徹底地告別過去70年一脈相承的結構，進入一個嶄新的時代。

量子計算是近年來國際上新興的前沿學科。按照中國科學院量子物理與信息研究計劃學術帶頭人郭光燦的解釋，量子是一種“十分玄妙”的東西，他比喻說，如果一只老鼠準備繞過一只貓，按照經典物理理論，它要么從左邊要么從右邊穿過。而按量子理論，它可以同時從貓的左邊和右邊穿過。量子這種常人難以理解的特性使得具有5000個量子位（比特）的量子計算機，可以在大約30秒內解決傳統超級計算機要100億年才能解決的大多數因子分解問題。因而，量子計算機被視作為最有希望替代目前通用的硅芯片計算機的未來之星。

目前量子計算以及相關的量子通訊和量子信息領域正在飛速發展，因此這個領域也正在吸引越來越多的參與者。隨著主要的障礙已經或正在被克服，似乎可以樂觀地估計，在不久的將來，量子計算機會突然出現在雜志插頁廣告當中，然后我們會突然發覺自己現在使用的計算機都已經扔在閣樓的雜物堆里好長時間了，因為，那個時候已然是量子計算機的時代了。

量子計算的優越性主要體現在量子并行處理上，無論是量子并行計算還是量子模擬，都本質性地利用了量子相干性。失去了量子相干性，量子計算的優越性將消失殆盡。但不幸的是，在實際系統中，量子相干性卻很難保持，其指數衰減不可避免。量子相干性的丟失就會導致運算結果出錯，這就是量子錯誤。而其他一些技術原因，例如量子門操作中的誤差等，也會導致量子錯誤。因此，現在研究人員面對的關鍵問題就變成，在操作和量子存儲都有可能出錯的前提下，如何進行可靠的量子運算。

縱觀其發展過程，量子計算機研究中最突出的特點是物理學的原理和計算機科學的交融和相互促進。計算機不再是一個抽象的數學模型，物理原理對計算機計算能力和效率的限制愈來愈引起人們的重視。在1996年，量子糾錯理論成為研究中最熱門的課題。21世紀的量子計算機將會有燦爛的應用前景，使信息社會面貌一新。