神通廣大的量子計(jì)算機(jī)

沈葉華

不說可能沒人相信，我們今天正在使用的電腦、智能手機(jī)看似無所不能，無疑是“最強(qiáng)大腦”，其實(shí)它們的“智力發(fā)育”將近極限，不可能有大突破了。為什么這么說呢？因?yàn)樗鼈兊男酒–PU）不過指甲般大小，密密麻麻插滿了十億個(gè)甚至數(shù)十億個(gè)晶體管，再擠不下更多的了，它們的“功夫”——人們所說的數(shù)據(jù)處理能力也就到頭了。

可是，人工智能仍要繼續(xù)向前發(fā)展，人們渴求高大上的生活——會(huì)飛的汽車、全能的機(jī)器人、智慧的城市，要上天攬?jiān)拢上卵笞谨M……這一切還等著新型的電腦接大招呢！如果沒有更智能、更強(qiáng)大的電腦系統(tǒng)來支撐、統(tǒng)一管理，這些前景豈不是海市蜃樓？

如果放棄晶體管，可不可以改用光子、離子、電子等粒子來制造芯片？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，用這些“子”打造出來的量子計(jì)算機(jī)芯片，比起今天的計(jì)算機(jī)晶體管芯片，更“芯”有靈犀，神通廣大得多。

今天正在使用的計(jì)算機(jī)的運(yùn)行基礎(chǔ)是二進(jìn)制，由“0”和“1”兩個(gè)數(shù)字組成，每個(gè)位（bit）要么是“0”，要么是“1”。因此，無論計(jì)算機(jī)有多少位，有多少“0”和“1”的不同組合，在某一時(shí)刻，它只能是其中一種。假如計(jì)算機(jī)是兩位，它就有4種數(shù)字組合（00、01、10、11），但在某一時(shí)刻，它只能是4種中的一種，處于其中一種狀態(tài)。今天的計(jì)算機(jī)至少是32位了，它就有超過40億種數(shù)字組合，但在某一時(shí)刻，它也只能是其中一種，處于其中一種狀態(tài)。

未來的量子計(jì)算機(jī)可神奇了：每個(gè)量子位（qubit）可以同時(shí)是“0”和“1”，同時(shí)處于多種狀態(tài)。這樣，就因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)的位數(shù)越多，它能同時(shí)保持的狀態(tài)就呈指數(shù)級(jí)上升。如果它是兩位，它就有4種數(shù)字組合，在任何某個(gè)時(shí)刻，它都能處于這全部4種狀態(tài)。如果它是32位，它就有超過40億種數(shù)字組合，在任何時(shí)刻，它都能處于這全部40多億種狀態(tài)。

這種疊加狀態(tài)令量子計(jì)算機(jī)具有超強(qiáng)的并行處理能力：同一時(shí)間處理多項(xiàng)任務(wù)——它像長了三頭六臂，一眨眼，就能完成多如牛毛的工作，有如功夫高手，一人能從容對(duì)付一哄而上團(tuán)團(tuán)圍身的嘍啰。

以一個(gè)紙牌游戲?yàn)槔河?00張紙牌，其中99張是衛(wèi)兵，1張是國王。將它們的牌面翻轉(zhuǎn)向下，把它們的順序打亂，然后要計(jì)算機(jī)抽出那張國王。今天的計(jì)算機(jī)只能一張張抽，一張張翻，而未來的量子計(jì)算機(jī)一下子就能掀開100張牌，國王立即現(xiàn)身。再以走迷宮為例：今天的計(jì)算機(jī)要一條條路走，頭撞南墻才回頭，接著試另一條路能不能走得通。未來的量子計(jì)算機(jī)像孫悟空，能立馬變出成千上萬只小猢猻，它們瞬間同時(shí)穿行迷宮中的所有旮旯，找到出口。

因此，量子計(jì)算機(jī)將比今天的計(jì)算機(jī)快1億至10億倍。我國的科學(xué)家說：“如果分解一個(gè)300位的大數(shù)，目前的計(jì)算機(jī)需要15萬年，量子計(jì)算機(jī)只需1秒。”

正是身懷這等絕技——秒殺海量數(shù)據(jù)，量子計(jì)算機(jī)一旦誕生后，將被委以重任。

它將利用人們千百年積累下來的數(shù)據(jù)，建立氣候演變、天氣變化的模型，精準(zhǔn)計(jì)算出災(zāi)難天氣的發(fā)生條件、發(fā)展程度、影響范圍，推算出今后的天氣，早早地預(yù)報(bào)，早早地做足預(yù)防，讓旱魃澇魔難以得逞，真正是全球農(nóng)作物的好衛(wèi)士。

它將對(duì)數(shù)以億計(jì)的各種物質(zhì)分子進(jìn)行配對(duì)化合，測(cè)試不同組合的效果，從中選擇最佳的搭配，創(chuàng)新療效一流的藥物，藥到病除令“病假”一詞從詞典中消失。

它將分析航天器在太空中收集到的海量數(shù)據(jù)和圖片，以沙里淘金的方式從中搜出太陽系外的行星，辨別類地行星，找到我們的外星朋友……

總之，你今天以為是稀奇古怪的夢(mèng)想，到那時(shí)就是平常不過的現(xiàn)實(shí)。

幾年前，加拿大的D-Wave公司售出了號(hào)稱全球第一臺(tái)商用型量子計(jì)算機(jī)，但有研究人員認(rèn)為，那并不是真正意義上的量子計(jì)算機(jī)。那么，量子計(jì)算機(jī)離我們還有多遠(yuǎn)？還得等多久？世界多國的科學(xué)家、企業(yè)家都在競逐，力爭拔得頭籌，他們有的說要3年或5年，有的說要10年……

（編輯 文 墨）