芯片工作原理 颠覆世界的“量子力学曼哈顿计划”(2)

虽然说科学无国界，但科学家却有各自的政治理念。二战开始，海森伯留在德国为纳粹效力，负责领导研制原的技术工作。而爱因斯坦、波尔则参与了同盟国以奥本海默领导的曼哈顿计划。这一计划的结果除了众所周知的两颗原，汇聚千余世界顶级科学家的工程，当然还有更多的故事，理查德·费曼作为曼哈顿计划天才小组成员之一，加入时还不到25岁，而他提出的费曼图、费曼规则和重正化的计算方法，则成为了研究量子电动力学和粒子物理学所不可缺少的工具。

基于这些理论基础，理查德·费曼最早提出了量子计算机的概念设想。

而事实上，一直到80年代，量子计算机都处在理论推导状态。在这期间，理查德·费曼1982年提出了利用量子体系实现通用计算的想法，1985年大卫·杜斯则提出了量子图灵机模型。

直到1994年彼得·秀尔提出量子质因子分解算法，因其对于通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以破解而构成威胁，量子计算机开始变成热门话题。

2007年2月，加拿大D-Wave系统公司宣布研制成功16位量子比特的超导量子计算机，但其作用仅限于解决一些最优化问题，与科学界公认的能运行各种量子算法的量子计算机仍有较大区别。此时，D-Wave公司的“迷你曼哈顿计划”正式开启。

2009年11月15日，世界首台可编程的通用量子计算机在美国诞生。同年，英国布里斯托尔大学的科学家研制出基于量子光学的量子计算机芯片，可运行秀尔算法。

直至目前，量子计算机相较于经典计算机的优越性主要体现在：1、量子叠加，同时表示0和1；2、量子并行计算,可同时对2^n个数进行数学运算，相当于经典计算机同时进行2^n次操作。

对于量子计算机可以实现的计算量，费曼有一个经典的应用场景描述：如果被要求5分钟内在国会图书馆某一本书的某页上找到一个大写字母“X”，这几乎是不可能的，因为国会图书馆有5000万册书。但是如果处于5000万个平行现实中，每个现实都可以查看不同的书籍，那么肯定能在其中某个现实中找到这个“X”。

在这个假设中，普通计算机就像是前一种情形中的“疯子”，需要在5分钟内找遍尽可能多的书。而量子计算机却能复制出5000万个人，每个只需翻找一本书即可。

“谷歌们”到底在做哪些研究？

即使量子计算机在2009年诞生，但因为离实际应用还有很大距离，其影响力主要是在学术、科研机构、巨头科技公司，以及各国的技术研发比拼上。

2010年3月，德国超级计算机成功模拟42位量子计算机；2011年4月，澳大利亚和日本的科研团队在量子通信方面取得突破，实现了量子信息的完整传输；同年9月，科学家证明量子计算机可以用冯·诺依曼架构来实现；2012年2月，IBM声称在超导集成电路实现的量子计算方面取得数项突破性进展；2013年5月，D-Wave宣称NASA和Google共同预定了一台采用512量子位的D-Wave Two量子计算机。

关于NASA和Google的合作，NASA的希望是量子计算机能被用于发现新的类地行星，或者应用到星际航行。而“发明大王”谷歌则希望量子计算机可以解决创造性的问题，前面提到，经典计算机无论在运算属性还是运算速度上都差强人意。此外，量子计算机还可以让机器学习方面取得不可估量的巨大进步。

目前，谷歌和NASA买下的这台D-Wave Two据说被锁在一个巨大的黑盒子中，因为量子需要在绝对低温中才能有更快的运行速度，所以这个黑中的温度几乎达到绝对零度（零下273.15摄氏度），同时，盒内完全黑暗且安静。

在去年9月举办的Ignite大会上，微软展示了拓扑量子位以及硬件软件生态系统开发方面取得的进展，发布了为驾驭规模化量子计算机而专门优化的新的编程语言，让开发者能够编写量子程序，在当前的量子模拟器上调试，并能够在未来真正的拓扑量子计算机上运行。

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