从世界第一台“ENIAC”到量子计较机，计较能力正在突飞大进 -

自1766年英国发明家瓦特改进了蒸汽机后，世界工业革命的大门第一次打开了。不久后人们就发明了汽车，飞机，轮船等等。显然这一系列的发展都取决于科学理论的拓展

1875年6月2日，美国人亚历山大·贝尔发明了电话。他发现电流一开一关，螺旋线圈就发出噪音。这一发现使贝尔突然想到“用电流的强度来模拟声音大小的变化，使声音能被电流传播。”从此，贝尔和他的助手沃森开始设计电话。1876年3月7日，贝尔获得了电话发明专利。第二年，波士顿和纽约的第一条电话线开通了。也正是在这一年，有人第一次向《波士顿环球报》发送新闻信息，公共电话使用的时代开始了。一年之内贝尔安装了230部电话，成立了美国电话电报公司的前身贝尔电话公司。后来人们发明了可持电话，手机等一系列改进产品。

科技的发展总是需要有那么几个引路人做出瞩目的成果，后续才会有一大批人员跟进，贝尔正是这样的引路人。

再来说说世界上第一台通用计算机“ENIAC”，它于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学诞生。发明人是美国的莫克利（JohnW.Mauchly）和艾克特（J.PresperEckert）。 当时美国国防部只是用它来进行弹道计算。

这个庞然大物，用了18000个电子管，占地170平方米，重达30吨，耗电功率约150千瓦，每秒只能进行300次各种运算或5000次加法，与现在每秒千万亿次的浮点运算相比，这点速度现在看来简直就是微不足道，但在当时却是破天荒的科技成果。

而目前最新的世界超级计算机TOP500排名早就出来了，排名第一的仍然是日本超级计算机“富岳”（Fugaku峰值每秒运算44.2亿亿次）。而我国的“神威·太湖之光”在最新的排名中只排名第四（峰值性能可以达到12.5亿亿次/秒）。

超级计算机广泛应用于天气预报、生命科学基因分析、核工业、军事、航空航天等高科技领域。而随着计算机科学的发展，斯蒂芬·威斯纳在1969年最早提出“基于量子力学的计算设备”也正在如火如荼的发展。

量子计算机（Quantum computer）

理查德·费曼想到如果用量子系统所构成的计算机来模拟量子现象则运算时间可大幅度减少，从而量子计算机的概念诞生了。量子计算机是一种使用量子逻辑进行通用计算的设备。与许多计算机一样，量子计算机也是由许多硬件和软件组成，包括软件中的量子算法和量子编码，硬件上包括量子晶体管、量子存储器和量子效应器。

但它不同于传统电子计算机，量子计算用来存储数据的对象是量子比特，它使用量子算法来进行数据操作。传统电子计算机的晶体管是由硅制成的微型开关（半导体），可以在两种不同的状态下工作（开/关）。这允许电流的传输或阻塞，数据的传输依靠电位（高电位为1，低电位为0）。然后，使用多个晶体管的组合将更复杂的信息表示为逻辑门。

传统的计算机都是使用二进制的，一个比特就是0或者1，而量子比特也是使用二进制，但它特别就在一个量子比特可以同时是0或者1，这就叫量子叠加。所以，两个量子比特就可以同时表示00、01、10、11这四个值。量子位将允许更大的信息密度，因为n个量子位可以作为最多2 ^ n个状态的叠加而存在，而n个数量的经典比特位只能作为2 ^ n个状态之一存在。例如，4个经典比特一起（各为1或0）在同一时间只可以占据16种状态中的一种。相反，由4个量子位它们可以同时占据所有16个状态，这就是量子叠加的魅力。

随着量子比特的增加，存储和处理的量也会极大的增加。从计算复杂度的理论研究来看，由于量子信息比古典信息更广义 ，很显然量子电脑可以有效地模拟任何古典算法 。

在技术层面上，创建量子计算机非常困难，因为它通常需要为各种量子现象（例如低温）创造理想条件，以实现超导性。由于称为量子相干性的量子计算所必需的量子效应，这些系统还要求将计算元素与周围环境隔离。而处于量子相干状态的系统在暴露于周围环境时会开始分解，甚至在隔离时，也会有许多内部变量导致量子相干衰减。所以对于许多方式实现的量子计算机的环境要求很高。

其实像这些复杂的概念还有许多，而且工程上还有比这更复杂的情况，制作量子计算机不仅仅需要理论知识，还需要很多工程学科的知识。可见量子力学乃至量子计算机的理论学科都不是容易学习的。

NP=P？

其实说到量子计算，就不得不谈NP类问题。

P类问题：所有可以在多项式时间内求解的判定问题构成P类问题。判定问题：判断是否有一种能够解决某一类问题的能行算法的研究课题。

NP类问题：所有的非确定性多项式时间可解的判定问题构成NP类问题。非确定性算法：非确定性算法将问题分解成猜测和验证两个阶段。算法的猜测阶段是非确定性的，算法的验证阶段是确定性的，它验证猜测阶段给出解的正确性。

如今，在纯科学研究、通信、交通、工业设计、企业管理等部门，社会军事、政治、商业斗争中出现了大量的NP问题。如果采用经典纯数学家所熟悉的穷举法，则计算时间往往会达到天文数字，根本没有实用价值。

而NP=P？可能是这个世纪最重要的数学问题了。如果有人能解决他不仅有100万美金的奖励，还将可能成为本世纪最伟大的数学家。

“九章”量子计算机

那么回到量子计算机，最近，我国的九章量子计算机由中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、中国国家并行计算机工程技术研究中心共同合作研发，他们成功的构建了76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机“九章”。目前九章开发团队称求解5000万个样本的高斯玻色取样问题时，九章只需200秒，而富岳则需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。中科大新闻稿还指出，根据目前最优的经典算法，“九章”对于处理高斯玻色取样的速度比超级计算机“富岳”快100万亿倍，比谷歌的超导量子比特计算机“悬铃木”（Sycamore processor）快100亿倍。但是目前的九章量子计算机是无法编程的。

我们知道量子力学是基于概率的，其实目前的量子计算机在计算中也是会出现错误的，但是科学家们也对此发展了量子纠错的相关学科。完全消除这些错误是不可能的，因此目标是开发一种“容错”架构，这也是目前需要解决的问题。

量子未来

量子物理学描绘了简单的事物，例如单个粒子或少数几个粒子的位置或动量如何随时间变化。

从目前看，量子计算机很像当年的世界上第一台通用计算机“ENIAC”，量子计算机还有很长的路要走（问题是工程，而不是理论）。而我们需要的是通用“可编程”的计算机，未来虽然不期望人人都可以拥有量子计算机。但最重要的是，必须了解量子计算机在解决非常特殊的类别或类别的问题（非多项式或NP）时，其性能比经典系统好，但其他情况下，经典计算机也表现的比如今的量子计算机好。

因此，最有可能的情况是短时间内经典计算机和量子计算机将简单地共存，因为目前看来，经典计算机已经满足了大部分人的计算要求。但未来的发展并未可知，可能的人们当时觉得“ENIAC”已经是横空出世的产物了，而在如今看来却连一台电子辞典的计算速度都不如。

而量子本是可以模拟万物的东西，如何操纵和利用它将是登向未来科技的制高点的必经之路。

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