一、可控的量子疊加和糾纏是算力躍升的源泉

　　量子計算是基于量子態(tài)受控演化的一類計算技術，其巨大的信息攜帶能力和超強的并行處理能力使得量子計算成為顛覆未來的計算模式。

　　量子計算機與經(jīng)典計算機最大的區(qū)別在于存儲、運算的對象不同。經(jīng)典計算機通過控制晶體管電壓的高低來處理比特信息， 即完成0 或1 的信息處理。量子計算機則采用量子比特作為基本單元存儲信息。相較于經(jīng)典計算機通過控制電路的開關來處理信息，量子計算機可以利用粒子量子態(tài)的疊加與糾纏的特性，實現(xiàn)指數(shù)量級的性能提升。量子糾纏的特性意味著當任一量子比特狀態(tài)發(fā)生改變，其他所有的量子比特也發(fā)生對應的狀態(tài)改變。

　　二、量子計算即將超越當前算力極限點

　　量子計算的發(fā)展總體分為三大階段。

　　理論探索期。二十世紀七八十年代以前是量子計算的理論探索時期。1982 年，美國物理學家Paul A.Benioff 提出量子計算機概念。1985 年，英國牛津大學教授David Elieser Deutsch 首次提出量子圖靈機構架以及證明量子加速的算法，驗證了量子計算并行的可能性。

　　算法研究期。二十世紀九十年代，量子計算進入到了編碼算法研究期。1992 年，Deutsch 和Jozsa 提出的D-J 量子算法，推進量子計算領域的飛速發(fā)展。 1994 和1996 年，Shor 整數(shù)分解問題的量子算法和Grover 數(shù)據(jù)庫搜索算法的提出，進一步凸顯出量子計算對于特定問題解決的巨大優(yōu)勢，堅定了科學家深入研究量子計算機的決心。

　　技術突破期。如今， 量子計算進入技術突破期。1998 年，Bernhard Omer 提出量子計算編程語言后，量子計算機可編程的序幕拉開。IBM、谷歌、微軟等科技巨頭積極布局，開展量子計算的技術驗證和原理機研制。2013 年，加拿大 D-Wave 系統(tǒng)公司發(fā)布了量子計算設備，率先開啟量子計算機商業(yè)化進程。2018 年，Intel 和Google 分別測試了49 位和72 位量子芯片。2019 年，IBM 發(fā)布最新IBM Q System One 量子計算機。

　　三、量子計算將成為信息時代的秩序顛覆者

　　摩爾定律時代， 芯片上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18 個月會增加一倍，性能也將提升一倍。但是隨著芯片元件集成度的不斷提高，元器件尺寸的不斷縮小，經(jīng)典物理世界的規(guī)律將不再適用。且隨著單位體積芯片計算能力的提升，熱量損失不斷增加，摩爾定律逐漸失效。后摩爾時代，量子計算將成為突破傳統(tǒng)芯片性能極限的標志性技術，以傳統(tǒng)芯片為核心的現(xiàn)代電子信息制造體系將因量子芯片的誕生而發(fā)生革命性重塑。

　　量子計算的到來將給現(xiàn)代網(wǎng)絡安全帶來巨大沖擊，自二十世紀九十年代以來，非對稱加密方式RSA 是用于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸、身份認證、在線支付等互聯(lián)網(wǎng)應用的主要加密方式。傳統(tǒng)計算機需要花費上萬年才能破解RSA 加密密鑰，在理論上保障了信息傳遞的安全性。而量子計算強大的并行計算能力僅需幾分鐘便可完成密碼的破譯，網(wǎng)絡安全、隱私安全乃至國家安全正面臨前所未有的量子挑戰(zhàn)。

　　如果增至300 個量子位， 量子計算機的存儲量將比地球上所有原子數(shù)量還要多，現(xiàn)實中的每一個細節(jié)可以在虛擬世界中完全克隆。不論是在人工智能、信息安全、加密通信領域，還是在基礎科研、化工能源、太空探索等領域，量子計算將給世界帶來顛覆性改變。

　　未來，量子計算的發(fā)展將在理論上突破摩爾定律的極限，重塑信息時代建立起來的規(guī)則，人類的社會生產(chǎn)、生活方式將發(fā)生顛覆性改變。我們要做好準備，迎接充滿不確定的量子時代！

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