10分钟带你了解量子计算机（关于量子计算机的一些基本概念和误解）
10分钟带你了解量子计算机（关于量子计算机的一些基本概念和误解）以九章为例，高斯玻色取样是一个非常具体的问题，是指当n个全同玻色子经过一个干涉仪之后求高斯分布的输出概率。它涉及量子物理的多个概念，非专业者确实不大容易理解。实际上这完全是一种误解。因为量子计算机目前只能针对特定问题。首先，用”3分20秒就能完成超级计算机要用1万年的计算”这个说法源自于谷歌2019年发表的研究论文，其中采用的量子计算机是53个量子比特位，所以这个说法并不能完全算错。同样，中国潘建伟团队2020年12月宣布的“九章”计算机，在求解5000万个样本的高斯玻色取样时只需200秒，而当时世界最快的超级计算机“富岳”需6亿年；当求解100亿个样本时，九章需10小时，而富岳需1200亿年。2021年诞生的九章二号更进一步，构建了113个光子144模式的量子计算原型机，处理高斯玻色取样的速度比目前最快的超级计算机快10的24次方倍。普通人一看这样的报道就激动了，心里想着就算打点折扣，1
近年来，我们经常从各种媒体上看到诸如”量子计算机仅用3分20秒就能完成超级计算机要用1万年的计算“之类的报道。那么这些说法正确吗，不能说错，但其实是有意无意忽略了这样一个事实，即这样的速度仅仅是在特定问题上的结果，并不是我们普通人理解的通用计算。下面，我们以问题的形式来说明一些关于量子计算机的基本概念。
1.普通人什么时候能用上量子计算机量子计算机的研究和发展还处在早期的阶段，基本上还是研究性和试验性的。
如果非要类比电子计算机的发展历史，那么目前量子计算机所处的发展阶段还在非常早期，大概相当于上世纪40年代或者50年代电子计算机的发展水平。
随着量子计算机研究的进展，其应用首先会在某些特定领域、特定行业、特定问题上应用，距离普通人的应用还有很长的路要走。
2.量子优越性是如何实现的首先，用”3分20秒就能完成超级计算机要用1万年的计算”这个说法源自于谷歌2019年发表的研究论文，其中采用的量子计算机是53个量子比特位，所以这个说法并不能完全算错。
同样，中国潘建伟团队2020年12月宣布的“九章”计算机，在求解5000万个样本的高斯玻色取样时只需200秒，而当时世界最快的超级计算机“富岳”需6亿年；当求解100亿个样本时，九章需10小时，而富岳需1200亿年。2021年诞生的九章二号更进一步，构建了113个光子144模式的量子计算原型机，处理高斯玻色取样的速度比目前最快的超级计算机快10的24次方倍。
普通人一看这样的报道就激动了，心里想着就算打点折扣，10个小时完不成，20个小时总能完成了吧，那也是电子计算机的无数倍。
实际上这完全是一种误解。因为量子计算机目前只能针对特定问题。
以九章为例，高斯玻色取样是一个非常具体的问题，是指当n个全同玻色子经过一个干涉仪之后求高斯分布的输出概率。它涉及量子物理的多个概念，非专业者确实不大容易理解。
可以用很多人小时候玩过的“弹珠游戏”类比：一个木板上均匀地钉着一些钉子，把弹珠从顶部放进去，当小球向下降落过程中碰到钉子时，会以50%的概率向左或向右滚下，于是又碰到下一层钉子。如此继续下去，直到滚到底板的一个格子内为止。不同的格子代表着不同的奖品，如糖果和玩具等。
当有很多个小球从上往下随机掉落时，落在底部的格子里的小球在分布上就会呈现一定的统计规律。通常情况下，小球会在底板堆成近似于正态的密度函数图形，也就是前述高斯玻色取样概念中提到的“高斯分布”。
而在九章解决高斯玻色取样过程，实际上就是用量子模拟小球下落的过程，并不存在我们通常理解中的计算。在模拟过程中，玻色子就好比小球，干涉仪就好比钉板，每个数据的生成均是物理过程，真实的小球与钉子相碰后会根据真实物理现象随机弹开，并不需要对弹开的具体数据给出计算解释。
说白了，量子计算机是扔了无数小球下去，每个小球实现了某一个特定运行轨迹，统计这些小球的实际运行轨迹，就得到了高斯分布的结果。而普通计算机要想用“计算”得到运行轨迹，就需要综合考虑小球的质量、入射角度、速度、小球表面弧度、硬度等等，然后才能计算出小球碰后的状态。对于数据输入、数据变换和数据输出都必须给出计算过程，而这一计算量会变得非常庞大。
现代密码学的主流算法是基于大数分解。很多人都担心量子计算机的强悍算力会让现行的加密体系变得不安全。前面已经说过，量子计算机目前还仅仅用于解决特定问题，目前尚未出现在分解大数方面实现”量子优越性“的量子计算机，因此目前我们的密码是安全的。
即便将来有一天我们造出了量子计算机，也可能只是在某一方面具有比电子计算机有更强的性能。
4.量子计算机发展的难点在哪儿还是要从量子计算机的原理说起。
普通计算机解决问题，有点像穷举法或者排除法，尝试所有的可能。而量子计算机解决问题，是用量子叠加态构建一个包含所有可能的初始量子态，再用量子干涉去操控，放大引起正确答案的信号，削弱引起错误答案的信号，最终让量子比特“坍缩”成唯一正确的答案。
量子所能叠加状态与量子比特的数目有关，100个量子所能够叠加的状态就是2的100次方，每多一个量子比特，所能容纳的状态就会翻倍，真正的指数级增长。
理论上很完美，似乎只要增加量子比特就可以了。但实现起来困难重重，要想在庞大的机器中捕捉量子并让其按照规定的方式运行，技术难度非常大。而且量子比特太脆了，噪声、电流、甚至遥远星系的超星星都有可能让其崩溃，产生错误。在现行技术下，要让1个物理比特正确运行，甚至需要上千个来纠错，因此一味增加量子比特数，有时携带有效信息反而会下降。
