量子計算機的原型機。 據新華社

請你一定要耐心地讀完這個開頭——

中國科學技術大學潘建偉院士及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯合浙江大學王浩華教授研究組，成功構建了世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機。

這臺由中國科學家團隊自主研發的10比特（注：信息量單位，二進制數的一位包含的信息=1比特 ）超導量子線路樣品，通過發展全局糾纏操作，成功實現了目前世界上最大數目的超導量子比特的糾纏和完整的測量。

我知道的，你快要原地爆炸了。我馬上寫大家都看得懂的“白話文”：

中國科學家發明了一臺很厲害的計算機——橫向和世界上別的同類計算機比，它勝一籌；縱向和歷史上的計算機比，計算能力讓前輩望塵莫及。

這臺計算機長什么樣，到底牛到哪個程度？

我們特別邀請浙江省海創科技交流研究院專家、量子貓科學館創始人李志峰老師來為大家作科學解讀。

李老師曾在奧地利維也納大學理論物理就讀博士，與浙江東陽籍的潘建偉是師兄弟。

傳統計算機好比兩指彈琴

量子計算機就是千手觀音彈琴

Q：量子做的計算機，量子是什么？在哪兒呢？

量子是一個能量的最小單位，所有的微觀粒子包括分子、原子、電子、光子，它們都是量子的一種表現形態。

這個世界本身都是由微觀粒子組成的。所以某種意義上講，我們這個世界就是由量子組成的。

人類可都是24K純量子產品。“噗”，大家呼一口氣，那就是上萬億量子的進出。

到本世紀初，在人們的周圍隨處可見直接或間接運用量子理論的技術和裝置：從常見的CD唱片機到龐大的現代光纖通信系統，從無水涂料到激光制動車閘，從醫院的磁共振成像儀到隧道掃描顯微鏡……量子技術已經滲透到人們的生活中。

Q：中國這臺量子計算機，是世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機，它比前輩牛在哪里？

早期經典的計算機是二進制的。意思是說，它們只能用“0”和“1”，來記錄所有的信息狀態，每一步能做到的只有2的一次方——2次運算。

量子計算機，由量子狀態來描述信息，它們擁有更快速的運算方式。

比如，2個量子態（也可以稱作“2個比特”）的量子計算機，每一步可做到2的2次方——也就是4次運算。3個比特的量子計算機，每一步可以對信息做到2的3次方——8次計算。

中國科學家現在能把量子計算機做到什么水平呢？

中國的量子計算機有10個比特。也就是說，這臺量子計算機，每一步可做2的10次方，也就是1024次運算。

舉個例子，如果傳統計算機，好比兩個手指戳戳鋼琴鍵，那么中國的這臺量子計算機就相當于是千手觀音彈鋼琴，有1024個手指，在同時操作。

這樣彈出來的樂曲是不是要豐富、流暢得多？

中國量子計算機的首次實驗測試，也證明了它的速度優勢——不僅比國際同行類似的實驗加快至少2.4萬倍。同時，通過和經典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計算機(ENIAC)和第一臺晶體管計算機(TRADIC)運行速度快10-100倍。

全世界都在攻關量子計算機

為什么這么難制造

Q：這臺量子計算機已經成型了嗎？

目前這臺機器還處于原始狀態，是一臺只有元器件和光學儀器的原型機。大小大約占3平方米不到。

Q：3平方米也不小了，量子計算機以后可以出筆記本電腦嗎？

如果做到更加實用化，比如將核心元件壓縮成CPU，量子計算機體積也可以大幅縮小。

Q：對于量子計算機能夠容納多少個光量子，世界上的幾個團隊一直在暗暗較勁。

2015年，谷歌、NASA（美國航天航空局）和加州大學圣芭芭拉分校宣布實現了9個超導量子比特的高精度操縱。

今年上半年，谷歌也曾宣布要發布10比特的量子計算機，結果被中國科學家團隊超車。

接下去，大家還要繼續1個比特挨著1個比特地“咬”，以至于達到“量子霸權”。

為什么大家都在緊咬這個研究，“量子霸權”到底牛在哪里？

“量子霸權”是加州理工學院物理學家John　Preskill發明的名詞。

通俗來講就是：目前的超級計算機系統，能完成5到20個量子比特的量子計算機所做的事情。但達到約50個量子比特之后，量子計算機的能力將一騎絕塵，超級計算機只能望“量子”興嘆。

50比特的量子計算機，一步就能進行2的50次方運算，等于1125899906842000，即一千萬億次計算，已經達到全球排名第五、中國天河一號超級計算機現在的計算能力。

如果真的到了那一天，現在的電子計算機就相當于以前的算盤，顯得笨重又古老了。

Q：為什么光量子的量越多，量子計算機越難制造？

量子計算機中的量子，必須處于彼此糾纏的狀態中才能工作。而光量子數量越多，糾纏狀態的穩定性就越差。

Q：潘建偉團隊是怎么把量子糾纏起來的？

在-220℃以下的降溫超導環境中，作糾纏。糾纏速度很快的，“嗖”的一記，10個量子就糾纏在一起了。

量子計算機會帶來哪些改變

至少天氣預報會更準確

Q：潘建偉團隊在2016年發射了世界首顆量子衛星“墨子號”。量子衛星的一項實驗，就是驗證量子保密通信。量子糾纏而成的密碼，具有不可復制性和絕對安全性。一旦有人竊取密碼，整個通信信息就會“自毀”并告知使用者。

那么量子計算機的發明，有一項重要的功能就是解密，那么潘教授的“矛”——量子計算機，會不會破解他發明的“盾”——量子密鑰呢？

不能，量子密鑰不可被破解。

但是量子計算機有能力高效破解其他方式形成的通訊方式。當然，量子計算機有更多別的用途。

比如，“知乎”上最熱門的問題之一——天氣預報為什么總是不準？

因為關乎天氣變化的因素實在是太多了。海洋、云層、風……連地球另外一端的蝴蝶拍拍翅膀，都有可能影響這一頭的天氣。而目前的計算機系統，還搞不定那么多因素的計算。但是換成量子計算機，未來就可以突破這個難題，它的運算能力能讓氣象預報更爭氣