编者按：本文来自微信公众号“线性资本”（ID：LinearVenture），36氪经授权发布。
什么是量子？
量子是一个能量的最小单位，所有的微观粒子包括分子、原子、电子、光子，它们都是量子的一种表现形态。
这个世界本身都是由微观粒子组成的。所以某种意义上讲，我们这个世界就是由量子组成的。
人类可都是24K纯量子产品。“噗”，大家呼一口气，那就是上万亿量子的进出。
到本世纪初，在人们的周围随处可见直接或间接运用量子理论的技术和装置：从常见的CD唱片机到庞大的现代光纤通信系统，从无水涂料到激光制动车闸，从医院的磁共振成像仪到隧道扫描显微镜……量子技术已经渗透到人们的生活中。
什么是量子计算机？
早期经典的计算机是二进制的。意思是说，它们只能用“0”和“1”，来记录所有的信息状态，每一步能做到的只有2的一次方——2次运算。量子计算机，顾名思义，就是实现量子计算的机器。是一种使用量子逻辑进行通用计算的设备。不同于电子计算机（或称传统电脑），量子比特可以制备在两个逻辑态0和1的相干叠加态，换句话讲，它可以同时存储0和1。
考虑一个 N个物理比特的存储器，若它是经典存储器，则它只能存储2^N个可能数据当中的任一个，若它是量子存储器，则它可以同时存储2^N个数，而且随着N的增加，其存储信息的能力将指数上升。通俗来讲就是：达到约50个量子比特之后，量子计算机的能力将一骑绝尘，超级计算机只能望“量子”兴叹。50比特的量子计算机，一步就能进行2的50次方运算，即一千万亿次计算，已经达到全球排名第五、中国天河一号超级计算机现在的计算能力。
理论看得好头疼，量子计算机目前在什么水平？
目前量子计算机有很多实现的方法，潘建伟团队使用的就是超导+多光子的方法。除此以外，还有半导体量子芯片和离子阱等等路径。为了制造量子计算机，谷歌、IBM想出的办法是用超导回路，深耕半导体行业几十年的英特尔希望用传统的硅晶体管，而一家名为ionQ的公司则是使用离子。
核心原理无非一个：进入量子力学奇怪和反直觉的世界（包括叠加态以及纠缠、隧穿），加快计算速度。
目前最先进的潘建伟团队的光量子计算机在超导电路中能实现10比特纠缠和并行逻辑运算。这个科研用的模拟机，性能比人类第一台电子管计算机（1946年诞生）和第一台晶体管计算机（1954年诞生）快10-100倍。
D-Wave于2007年开发出了世界上第一台商用量子计算机（功能有限）。今年初，他们推出可以处理2000量子比特的第四代产品：2000Q，售价超过1亿元人民币。与经典的计算方法截然不同，D-Wave的量子计算机，运用量子退火算法来解决问题，即利用真实世界中量子系统的天然倾向来寻找低功耗的状态。在处理某些复杂优化问题上，比传统计算机快上万倍，目前在谷歌、NASA有相关应用。
编程方面，D-Wave 2000Q系统提供了一个标准的网络API（基于RESTful服务），其客户端库向C/C++、Python、MATLAB语言开放。
虽然量子计算机看似美好，但目前还有许多挑战，最大的问题在于这些计算机的精度相比传统计算机实在是低太多了。一些微小的扰动，都可能带来极大的破坏。不久前，在IBM在和ionQ公司的一次量子计算机大比拼中，两家开发的计算机分别只有35%和77%的运算正确率。
量子计算机的应用
就在三年前，专家们还在争论量子计算机是否还能建成，现在的共识是：这只是时间问题，而又不仅仅是时间问题。“对于连贯的、有能力的系统来说，主要的障碍已经解决了。
现在，量子计算应用最深入、最具现实性的领域毫无疑问地是在通信方面。早在1970年，斯蒂芬·威斯纳就提出了“量子钱”（quantummoney）的概念，最早利用量子的测不准性来进行加密。
量子通信可以最大限度地保证用户的隐私和信息安全，也正因为这样，量子通信在国家信息安全层面有着越来越迫切的现实需求，从根本上来说，这也是包括中国、美国及欧洲纷纷跟进的原因。
1993年，英国率先在10公里的光纤中实现了量子密钥分发。除了墨子号的发射之外，现在，北京和上海之间建造的长约2000公里的“京沪干线”是世界上第一条量子通信网络。今年3月的深圳云栖大会上，阿里云公布了全球首个云上量子加密通讯案例，通过建立多个量子安全传输域，为客户提供无条件安全数据传输服务。
由于算法的问题，目前量子计算机适合解决复杂的优化问题，并不能实现传统计算机的其他功能。同时，由于量子计算芯片工作环境要接近绝对零度，目前成本很高也难以小型化。所以，量子计算机走进千家万户还非常遥远，但是替代超级计算机解决一些复杂问题可以在10年内实现。
现在机器学习这么火，大家自然想知道以后20、30年人工智能会往哪个方向发展。人工智能的发展离不开计算力按摩尔定律地提升，当我们把芯片做得越来越小，晶体管的尺寸越来越接近单个原子的大小，传统计算机很难有突破式发展。人工智能/机器学习里很核心的优化（optimization）过程却很幸运地与量子计算是天作之合，而量子算法的上限和潜力远高于经典算法。所以，量子计算的发展必将推动人工智能的下一次跨越。
量子计算机简史
18世纪麦克斯韦提出量子力学，埃尔温·薛定谔、海森伯格和狄拉克都对量子力学作出了突出贡献。
1901年普朗克提出“能量子” （Energieelement）的概念，其后又将a此表述修正为“量子”。
1905年爱因斯发表讨论光量子、确定原子存在、提出狭义相对论的论文
早在1970年，斯蒂芬·威斯纳提出了“量子钱”（quantummoney）的概念，最早利用量子的测不准性来进行加密。
1982年，理查德·费曼在一个著名的演讲中提出利用量子体系实现通用计算的想法。紧接着1985年大卫·杜斯提出了量子图灵机模型。
1994年，贝尔实验室的专家彼得·秀尔（Peter Shor）证明量子计算机能完成对数运算，而且速度远胜传统计算机。
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。
2009年11月15日，世界首台可编程的通用量子计算机正式在美国诞生。
2013年5月D-Wave System Inc宣称NASA和Google共同预定了一台采用512量子位的D-WaveTwo量子计算机。
2016年，潘建伟团队发射了世界首颗量子卫星“墨子号”以验证量子保密通信。
2017年5月，中国潘建伟及王浩华研究组完成世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机。
2017年8月，潘建伟、陆朝阳团队证实盲量子计算的可行性，即传统计算机用户可以在保证隐私的情况下委托任务给量子服务商。返回搜狐，查看更多
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