中國臺灣省大學IBM量子計算機中心主任張慶瑞說，IBM希望在15年使量子比特數突破1000萬。到那時，傳統計算機需要“壹萬年”才能計算出來的線性代數問題，量子計算機幾分鐘就能解決。所以現在必須調整密碼體制，馬上進入“反量子”時代。
為什麽“量子計算機”像怪獸壹樣無所不能？是不是“超級計算機”的加強版，由更多比特組成？不，傳統計算機和量子計算機是兩種完全不同
中國臺灣省大學IBM量子計算機中心主任張慶瑞說，IBM希望在15年使量子比特數突破1000萬。到那時，傳統計算機需要“壹萬年”才能計算出來的線性代數問題，量子計算機幾分鐘就能解決。所以現在必須調整密碼體制，馬上進入“反量子”時代。
為什麽“量子計算機”像怪獸壹樣無所不能？是不是“超級計算機”的加強版，由更多比特組成？不，傳統計算機和量子計算機是兩種完全不同的數據處理形式。
IBM量子計算機的內部結構，全部是同軸線。(flickr IBM Q，)？連愛因斯坦都無法接受的神秘量子行為？傳統計算機以比特的形式處理數據，每個比特在兩種狀態之間切換，分別標記為0和1。量子計算機由量子比特構成，量子比特可以是0和1線性組合的疊加態。？
當量子比特處於疊加態時，張慶瑞主任說，如果量子比特的位置用壹個球體來標記，南極和北極的位置分別代表0和1，傳統計算機的比特只能在兩極之間切換，但當量子比特疊加時，它可以在二維球體上的任何地方，而不局限於南北兩極。？
傳統計算機和量子計算機的位差。(沈畫)？量子計算機的具體性能可以通過“拋硬幣”的量子遊戲來想象。壹個黑色的盒子裏有壹枚硬幣。妳和電腦輪流拋黑盒裏的硬幣。可以選擇是否翻轉。妳和電腦都不會知道對方對硬幣做了什麽。幾個回合後，如果妳擡頭打開盒子，妳就贏了，反之亦然。
張慶瑞說，如果是經典遊戲，妳和經典電腦之間的勝率是壹半壹半，因為經典行為只能翻或者不翻，比特只能以0和1兩種方式呈現；但是，量子計算機不壹樣。它們可能不會在黑盒中直接變成正面或反面，而可能會“旋轉”硬幣，而這種量子旋轉是不懂量子策略的人無法察覺的。最後，只要妳壹打開蓋子觀察，硬幣就會倒過來，量子計算機的勝率會達到100%。
這聽起來不可思議，對吧？即使愛因斯坦也無法接受量子力學。他曾經說過:“月亮只有在妳看著它的時候才存在嗎？”？這個奇怪的問題指出了量子行為過程不可觀測的神秘本質。沒有人知道量子計算機對黑匣子裏的硬幣做了什麽，量子在哪裏。只要我們觀察，量子疊加和糾纏等行為就會消失，量子會恢復經典粒子行為。
“要了解這種現象，恐怕得研究十幾年的物理。但是現在量子計算機已經做出來了，妳不妨接受它，使用它！”張慶瑞笑著說道。？
臺大IBM量子計算機中心主任張慶瑞參觀IBM並與量子計算機合影。(張慶瑞提供)？量子糾纏帶來雙指數增長的計算能力。量子的神秘力量不僅於此，它還具有粒子處於量子態時糾纏的特性，也叫“量子糾纏”。從字面上看，“糾纏”就是幾個量子綁在壹起成為同壹個命運體。張慶瑞提到，這是“泥中有我，泥中有妳”，它們的狀態會連在壹起，它們的力量可以倍增，也可以處理不同於經典計算機的計算。
大家都聽說過摩爾定律，就是壹個集成電路中包含的晶體管數量每兩年就會翻壹番，大致說明計算機的計算能力會呈指數級增長，也就是2？、2?、2?。然而，張慶瑞說，纏繞特性將使量子計算機的計算能力以“雙指數率”增長，即22？、22?、22?這是谷歌量子人工智能實驗室主任哈特穆特·內文(Hartmut Neven)今年提出的，也被稱為“內文定律”[註1]。
去年，世界上最快的超級計算機Summit每秒能夠執行20億次浮點運算(2*1018)，其非易失性內存(NVRAM)達到800GB(千兆字節，1億字節)[註2]。但是，張慶瑞提到，如果我們能夠控制量子的糾纏，並經過調試過程，壹臺量子計算機可以用大約40個邏輯量子比特實現“兆”比特(1012)的計算能力。目前普遍認為，壹個具有調試功能的邏輯量子位可能需要大約1000到10000個物理量子位。
“這很難做到！張慶端說，目前IBM已經開放了五個量子比特供公眾使用，只有兩個量子比特是糾纏的。臺大和IBM合作可以使用20個量子比特，不存在所有量子比特的糾纏。今年10月，IBM的53量子位新機即將推出，估計可以直接糾纏16量子位[註3]。？
圖片左上為IBM 20qbits系統，下圖為50qbits系統示意圖。可以發現並不是所有的量子位都是相互連接的，圖片右上方是量子處理器的封裝照片。(flickr IBM Q)？張慶端進壹步解釋說，量子糾纏之所以難，是因為粒子很難達到量子態。即使它們達到了量子態，也不容易長時間控制。比如IBM用超導材料制作量子比特，用微波控制。但是超導體必須在接近絕對零度(-273.15℃)的惡劣環境下運行，需要克服的問題很多，比如相關態壽命短。目前全世界的科學家還在尋找不同的方法來突破。
為了維持超導體的低溫，量子計算機下面會安裝壹個稀釋冷凍器。(flickr IBM Q鳴謝:格雷厄姆·卡洛)？量子計算機的應用:量子通信和量子金融目前世界上量子計算機商業化運行的流程是53位IBM量子計算機。去年(2018)，谷歌公布了壹款72位量子處理器，但並未向公眾發售。張慶瑞說，壹臺量子計算機至少需要500比特才能逐漸顯示其威力，進入量子優勢階段。雖然量子計算機離商業化還有壹段距離，但是現階段量子技術已經在量子通信和軟件應用上開花結果了！？
IBM量子計算機實驗室，計算機被保護在壹個白色的蓋子裏。(flickr IBM Q)張慶瑞提到，當壹方的狀態在糾纏量子之間發生變化時，另壹方也會發生相應的變化，因此量子網絡系統的發展可以增加消息傳輸的效率，因為知道了壹方的內容，我們就可以知道另壹方的消息。而且由於量子的不可測量性，如果用量子作為密鑰，任何獲取密碼的企圖都會引起量子狀態的改變，從而保證通信不被竊聽。
軟件開發與應用是臺大IBM量子計算機中心的主要部分。張慶瑞提到，今年在科技部的支持下，與IBM合作建立了量子計算機中心，為中國臺灣省學術界提供與IBM Q系統對接的服務平臺。
目前IBM為中國臺灣省的學術會員提供20個量子位。墨跡主要有兩種:壹種是處理基礎物理化學的計算題；二是解決具體問題，尋找最佳解決方案，如:貨車要跑100個地點送貨，如何送貨最高效；如何管理工廠進出口最高效、最佳的財務投資和風險控制？
“目前量子計算機相關的初創公司，70%都只是針對某個特定問題研發量子計算機解決方案。張慶瑞表示，量子計算機最適合解決復雜的大數據問題，量子人工智能、量子金融和區塊鏈都是熱門話題。
根據IBM的報告，他們預計在15年後進入千萬量子比特時代，即有超過1000個邏輯量子比特可供調試。到時候沒有量子計算機就會失去競爭力，所以即使現在硬件不到位，創業公司也會抓住機會，申請專利。
“我現在經常和大學生開玩笑，妳和妳的下壹代不要脫離量子計算機！50歲以上可以不學習，20歲以下壹定要馬上開始。張慶瑞坦言，這兩年大家都意識到量子計算機的時代要來了，但大多沒有關註，就像1968個人電腦的出現壹樣。那時，他們不知道會有壹個有許多電腦的世界。
IBM的5位量子芯片(flickr IBMQ MQ)。？妳可以在家裏使用量子計算機！第壹步跟上前沿技術，從學習寫量子計算機程序開始，IBM於2016推出IBM Q5五位量子計算機，供大眾在線體驗量子計算機，在家即可在IBM Q Experience上註冊賬號，在雲端連接使用！
截至目前，全球約有18萬用戶在IBM量子計算機上做了超過100萬次的量子計算機模擬，發表了超過150篇關於量子計算機的文章。目前中國臺灣省約有50家用戶【註4】。但目前還不能像現在的電腦壹樣友好。有各種軟件幫妳直接回答。妳得寫個程序告訴它問題是什麽，怎麽解決。
不過，學習量子計算機的編程語言並不太難，所以全球很多聰明的高中生也在用。張慶瑞說，妳只需要懂壹點物理和數學，有壹點Python編程語言的基礎知識。加入程序可以學習壹些量子概念比如哈達瑪門(H門)。
臺大IBM量子計算機中心不定期開設量子計算機入門課程，臺大校園內也有選修課，每月巡回中國臺灣省各大學舉辦量子計算機課程。目前正在籌備高中教師的培訓，希望能推動量子計算在高中的應用，培養未來的人才。9月底，科技部和量子計算機中心聯合舉辦了“量子計算機導航”，內容包括:量子計算機及其計算原理、量子程序教學、量子邏輯門的初步使用。可以去臺大IBM量子計算機中心查詢相關活動。
如果妳覺得學寫程序太可怕，不妨下載IBM推出的《妳好量子》手遊！通過解題逐步理解量子計算機的運算規則。征服它之後，妳可能會愛上它。？
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