2019年美國科技公司谷歌公司在NASA上發表了一篇論文，宣稱：谷歌的 AI Quantum 研究小組的53量子比特處理器實現了“量子霸權”，即量子計算機可以僅用200秒的時間，完成目前最強的超級計算機需要花費10000年才能完成的計算量。那么量子計算機這種恐怖的計算速度是如何達到的呢？所謂的“量子霸權”又是怎么一回事呢？

首先簡單說一下，傳統計算機是如何進行計算的，傳統計算機通過高電平和低電平來表示0和1，然后通過邏輯門來實現邏輯運算。常見的邏輯門包括：“與”門、“或”門、“非”門、“異或”等等。邏輯門可以組合使用實現更為復雜的邏輯運算。以此為基礎，計算機可以實現各種數學計算。

傳統計算機的發展遵循著摩爾定律，摩爾定律為大眾所熟知，即計算機芯片的晶體管密度每18個月翻一番，算力就增強一倍，這是一種指數增長的規律。但是近年來隨著晶體管的尺寸逐漸逼近物理學極限，這一定律已經放緩甚至失效。

傳統計算機中，一個比特只能是0或者1，但是在量子世界里，量子比特可同時處于多種態，它可以是幾種不同量子態當中的任意幾種歸一化線性組合，這種狀態就是量子疊加態，它可以同時等于0和1，只有在被觀察的時候才會坍縮成兩種狀態中的一種。舉個簡單的例子，如果量子計算機有3個量子比特，那么就可以說它同時工作在8種狀態中；如果量子計算機有4個量子比特，那么就是同時工作在16種狀態中。所以，每增加一個量子比特，量子計算機的計算能力都是呈指數增長。現在的超級計算機計算能力，大致相當于50個量子比特的量子計算機計算能力。

說完這些，就來解釋下什么是量子霸權呢？量子霸權即量子優勢，是指量子計算擁有超越所有經典計算機的計算能力。

量子計算機最強大的就是它的并行計算能力，比如在對海量數據庫進行檢索時，傳統計算機需要遍歷所有可能的匹配才能得到結果，而量子計算機卻可節省幾個數量級的工作時間。特別在計算機安全領域，量子計算機有著非凡的意義和重要的應用，目前最普遍的加密系統，是公私鑰加密數據，是獲得了公鑰之后通過數學方法來計算私鑰，如果別人不知道私鑰，那么破解密碼可能就需要數年的時間。但是量子計算機驚人的計算能力，可以在很短的時間內破解密碼，傳統的加密系統，在量子計算機面前將變得毫無抵抗能力。

來源: 科普中國-科學為你解答疑惑