主题：【文摘】量子计算机专题 -- 不爱吱声

在传统计算机中，信息是用一系列的二进制位来编码的，通过操纵这些二进制位穿过连续排列的布尔逻辑门（这个名次听起来很神秘，其实它的目的不过是实现加、减、乘、除这几种基本运算而已）产生结果。相似的，量子计算机操纵着qubit（昆比特）穿过一系列的量子门，每个门的转化对一个或两个qubit起作用。在连续应用这些门的时候，量子计算机能对一系列在初始状态的qubit应用一个复杂的一元转化（相当于做了很多的数学运算）。

　　然后，qubit就能被检测，而检测结果就作为最终的计算结果。在传统计算机和量子计算机之间的这种计算上的相似性已经形成了这样的理论，传统计算机是可以模拟量子计算机的。换句话说，量子计算机能做到的，传统计算机也可以做到。既然如此，我们还研究量子计算机干什么呢？尽管从理论上说传统计算机能模拟量子计算机，但是，传统计算机的效率却低的令人难以置信，所以传统计算机不可能有效的履行量子计算机可以履行的任务。正如John Bell所解释的那样，因为量子位之间的相互关系和传统位之间的相互关系具有本质的区别，所以传统计算机对量子计算机的模拟是一个艰深的计算问题。例如，一个只有几百个qubit位的量子计算机系统，它存在于一个1090维的希尔波特空间中，要模拟这个量子计算机将要求一个传统计算机利用指数次方的巨大矩阵工作（每个独立状态都运行计算，每个状态都用一个矩阵表示），这意味着即使模拟一个原始的量子计算机也需要花掉指数次方长的时间。

　　Richard Feynman是那些首先认识到利用量子重叠解决问题要快的多的人之一。例如，一个500qubit的系统，这是传统计算机无法模拟的，这个系统代表了2500个量子重叠态。每一个状态都可以等同于传统计算机中的500个0和500个1。该系统的任何量子操纵――一个特殊的无线电脉冲，这种操做可以在第100和101个qubit位执行一个可控的＂非＂操作，同时也控制了所有的2500个状态。因此一个信号，一次计算机时钟的滴答的时间之内，一个量子操做不仅能在一个机器状态进行计算，而是象很多计算机进行一样，在2500个机器状态进行计算。但是，如量子动力学中的测量原理所述，最终对这个系统的观测则导致相应于一个响应只产生一个量子态，即只相当于500个0和1。这个有趣的结果是由于通过重叠产生的大量量子平行产生的响应，而这相当于利用具有10150个独立处理器的传统超级计算机所进行的运算结果（而这是根本不可能实现的）。

　　早期这个领域的研究者被这样巨大的计算潜力所鼓舞，并且在意识到它的潜力之后，研究就集中于找到一些有趣的东西让量子计算机去做。Peter Shor，一位研究者，同时也是新泽西AT&T贝尔实验室的一位计算机科学家，通过设计第一个量子计算机运算法则提供了这样一种应用。Shor的运算法则利用了量子重叠在几秒钟内快速分解非常大的数（～10200的数字和更大的数字）。运用该运算法则的量子计算机的首要应用在于加密领域，目前一般认为最好的加密算法是RSA，而这种方法强烈依赖于分解大的合数为小素数的难度。能做这个计算的计算机自然使大量使用RSA（以前被认为是无法破解的）的政府机关和电子和金融领域的一些人感兴趣。

　　关于量子计算机的巨大威力，我们可以举一个例子来说明。比如，分解一个有400个数字的合数是解码史上的一项壮举，即使用现存最快的超级计算机计算也需要几百万年的时间。但是用量子计算机完成这项任务可能只需要一年左右，因此使用量子计算机可以破解现在使用的最复杂的加密算法。但是现在说来那些使用了目前加密算法的数据还是安全的，因为目前还没有人有建立量子计算机的能力。

　　但是，破解加密术只是量子计算机的应用的一个方面。另外，Shor也把只能运行在量子计算机上的数学运算工具包放在一起，其中的许多运算是用于因数分解运算的。此外，Feynman宣称量子计算机能作为一种量子物理学的模拟器使用，这潜在的打开了在该领域许多发现的大门。虽然目前量子计算机的威力主要还是理论上的思索，但是第一台具有全功能的量子计算机无疑将带来许多新的令人激动的应用。