小知识：量子计算机超强的运算能力

导语：日前有新闻报道，由中国科学技术大学潘建伟院士领衔的量子光学和量子信息团队的陆朝阳、刘乃乐研究小组，在国际上首次成功实现了用量子计算机求解线性方程组的实验，首次从原理上证明了光学量子算法的可行性。据介绍，假使求解一个亿亿亿级变量的方程组，即便是用现在世界上最快的超级计算机也至少需要几百年，而根据理论预计，利用GHz时钟频率的量子计算机将只需要10秒钟。

那么，量子计算机为什么可以具有超强的运算能力呢？

传统电子计算机用“比特”(用“1”或者“0”表示)作为信息存储单位，进而实现各种运算。而运算过程是经由对存储器所存数据的操作来实施的。电子计算机无论其存储器有多少位只能存储一个数据，因此，对其实施一次操作只能变换一个数据，为运算某个函数，必须连续实施许多次操作。

而量子计算机的计算由诸如电子和原子核一类的量子粒子实现。每个粒子代表一个量子位。量子位与常规位不一样，在量子位中电子或原子核可以处在一种叠加状态，同时起到1和0的作用。量子计算机利用量子粒子的这种性能和特点，用“量子比特”作为信息存储单位。例如，若有两个量子位，他们可以同时代表所有的两位组合：00、01、10和11。增加第三个量子位，就可以代表所有可能的三位组合。这种系统的扩展呈指数形式上升：n个量子位能代表2的n次方。只要有50个量子位，我们可以表示从零至大于一万亿的所有二进制位，而且是同时。正是因为量子粒子的这种特点，使量子计算机能够采用更为丰富的信息单位，从而大大加快运行速度。

迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。但是，世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。如何实现量子计算，方案并不少，问题是在实验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了。目前已经提出的方案主要有冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。将来也许现有的方案都派不上用场，最后脱颖而出的是一种全新的设计，而这种新设计又是以某种新材料为基础，就像半导体材料对于电子计算机一样。