2019年美國科技公司谷歌公司在NASA上發(fā)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(xiàn)了“量子霸權(quán)”，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(dá)到的呢？所謂的“量子霸權(quán)”又是怎么一回事呢？

首先簡單說一下，傳統(tǒng)計算機是如何進(jìn)行計算的，傳統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)更為復(fù)雜的邏輯運算。以此為基礎(chǔ)，計算機可以實現(xiàn)各種數(shù)學(xué)計算。

傳統(tǒng)計算機的發(fā)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(shù)增長的規(guī)律。但是近年來隨著晶體管的尺寸逐漸逼近物理學(xué)極限，這一定律已經(jīng)放緩甚至失效。

傳統(tǒng)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(tài)，它可以是幾種不同量子態(tài)當(dāng)中的任意幾種歸一化線性組合，這種狀態(tài)就是量子疊加態(tài)，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(tài)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(tài)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(tài)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(shù)增長。現(xiàn)在的超級計算機計算能力，大致相當(dāng)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(quán)呢？量子霸權(quán)即量子優(yōu)勢，是指量子計算擁有超越所有經(jīng)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(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索時，傳統(tǒng)計算機需要遍歷所有可能的匹配才能得到結(jié)果，而量子計算機卻可節(jié)省幾個數(shù)量級的工作時間。特別在計算機安全領(lǐng)域，量子計算機有著非凡的意義和重要的應(yīng)用，目前最普遍的加密系統(tǒng)，是公私鑰加密數(shù)據(jù)，是獲得了公鑰之后通過數(shù)學(xué)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(shù)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(nèi)破解密碼，傳統(tǒng)的加密系統(tǒng)，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(xué)為你解答疑惑