量子位：并行計(jì)算

在洛克希德·馬丁公司之后，Google和美國(guó)航空航天局（NASA）也向加拿大公司D-Wave訂購(gòu)了一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。而對(duì)于量子計(jì)算機(jī)的商用，世界各地?fù)?dān)心和懷疑的聲音接踵而來(lái)，人們普遍關(guān)注的一個(gè)事實(shí)是，這樣的一臺(tái)機(jī)器可以破解所有目前流行的加密編碼。量子計(jì)算機(jī)基于量子物理學(xué)原理，在這個(gè)復(fù)雜難懂的原子世界，各種觀念往往有悖于我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)。量子計(jì)算機(jī)中信息的最小單位被稱為量子位（quantum bit），它有別于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)信息的最小單位，量子位可以是“0”和“1”皆有一定概率比例的疊加狀態(tài)。因而，與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)相比，量子計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)量更大。只需250量子位，其所包含的數(shù)據(jù)量就已經(jīng)比宇宙中所有原子的數(shù)量還要多，而D-Wave公司最新的機(jī)器據(jù)稱有512個(gè)量子位。

早在90年代，美國(guó)信息科學(xué)家洛夫·格羅弗和彼得·肖爾就已經(jīng)從理論上證明，量子計(jì)算機(jī)可以比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更有效地搜索大型數(shù)據(jù)庫(kù)和執(zhí)行長(zhǎng)數(shù)字的質(zhì)因數(shù)分解。這也意味著量子計(jì)算機(jī)可以更迅速地破解AES和RSA加密算法，這是一件非常恐怖的事情，因?yàn)槟壳皵?shù)據(jù)保護(hù)主要依賴于這些算法。雖然同樣通過(guò)量子位工作的量子密碼已經(jīng)成為一種商業(yè)解決方案，但是它只能夠確保密鑰交換的安全。

極其嚴(yán)格的要求

另一方面，也有一些持懷疑態(tài)度的聲音，懷疑D-Wave所謂的量子計(jì)算機(jī)是否是真正意義上的量子計(jì)算機(jī)。多年以來(lái)，世界各國(guó)的科學(xué)家一直不懈努力地研發(fā)量子計(jì)算裝置，但都沒(méi)能夠走出實(shí)驗(yàn)室階段，沒(méi)有獲得太多實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。這是因?yàn)閷?duì)于量子計(jì)算機(jī)的要求是極其嚴(yán)格的。首先，需要通過(guò)原子粒子的性質(zhì)來(lái)制備量子位，這是量子現(xiàn)象發(fā)生的必要要求；其次，該系統(tǒng)必須從環(huán)境中隔離并冷卻到幾乎絕對(duì)零度，因?yàn)榱孔蝇F(xiàn)象會(huì)受到外部影響；其三，人們必須謹(jǐn)慎地從外部進(jìn)行干預(yù)，并分配單個(gè)量子位的初始值，觸發(fā)量子力學(xué)的“糾纏”進(jìn)行所需的算術(shù)運(yùn)算；其四，讀取結(jié)果。

到目前為止，研究人員利用單個(gè)離子或光子、原子核自旋的原子或者超導(dǎo)電子對(duì)作為量子位，這些已經(jīng)超出了平常人的想象。而按照D-Wave的記錄，他們2011年在因斯布魯克大學(xué)通過(guò)鈣離子取得14量子位的糾纏鏈，并于2012年在布里斯托爾大學(xué)成功分解數(shù)字21的質(zhì)因數(shù)3和7，這些都是很普通的成功，是什么讓D-Wave那么的與眾不同？物理學(xué)界許多對(duì)D-Wave的量子計(jì)算機(jī)持懷疑態(tài)度的人猜測(cè)，D-Wave公司那個(gè)所謂量子計(jì)算機(jī)的龐大黑盒子，所使用的量子位實(shí)際上是微芯片上的超導(dǎo)環(huán)，通過(guò)傳統(tǒng)的電子設(shè)備進(jìn)行控制和讀取。因此，批評(píng)者們質(zhì)疑這個(gè)系統(tǒng)量子位之間有沒(méi)有量子糾纏效應(yīng)，或者說(shuō)計(jì)算機(jī)是否真正利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，懷疑這只是一臺(tái)普通的計(jì)算機(jī)。

應(yīng)用范圍有限

除了在生產(chǎn)技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)以外，D-Wave的秘密還在于它的計(jì)算機(jī)概念。它被用于編程求解所謂的“旅行商問(wèn)題”（給出城市的名單和每對(duì)城市之間的距離，要求給出訪問(wèn)每個(gè)城市一次并返回到起點(diǎn)城市的最短路線），D-Wave的系統(tǒng)能夠根據(jù)物理“能量最低原理”逐漸進(jìn)入并給出最佳的解決方案。量子計(jì)算機(jī)的結(jié)果需要通過(guò)電子設(shè)備來(lái)讀取，這是量子計(jì)算機(jī)面臨的另一個(gè)問(wèn)題：既然量子位包含一定概率的“0”和“1”，那么也只是有一定的概率獲得正確的結(jié)果，因此需要重復(fù)足夠多次數(shù)的計(jì)算，以達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)上可接受的確定性。

量子計(jì)算機(jī)的巨大潛力在于它的計(jì)算速度，因?yàn)樗梢赃M(jìn)行并行計(jì)算。但是量子計(jì)算機(jī)在信息學(xué)規(guī)則的框架內(nèi)并不能夠揭示什么新的問(wèn)題，它們只是能夠更快地解決一些存在的問(wèn)題，特別是在具有大量可能性的問(wèn)題上“猜”出一個(gè)正確的可能性。而對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)而言，由于這一類問(wèn)題需要處理的數(shù)據(jù)量太大，所以根本無(wú)法應(yīng)付。這也是格羅弗和肖爾的算法可以解答“旅行商問(wèn)題”的原因，所有同一復(fù)雜性類并彼此相關(guān)的問(wèn)題，使用量子計(jì)算機(jī)可以得到很好的解決，因而，對(duì)于目前所采用的加密方法來(lái)說(shuō)，它是非常危險(xiǎn)的。

事實(shí)上，當(dāng)涉及到實(shí)際的數(shù)據(jù)處理時(shí)，例如視頻編碼或者運(yùn)行3D游戲，量子計(jì)算機(jī)并不會(huì)有任何速度上的優(yōu)勢(shì)。因此，對(duì)于Google為什么需要量子計(jì)算機(jī)，或者量子計(jì)算機(jī)能夠給Google帶來(lái)什么樣的幫助，這個(gè)問(wèn)題目前仍然是一個(gè)謎。