2016 年 4 月，当时上任不到一年的加拿大总理杜鲁多（Justin Trudeau），在一个公开场合以 35 秒解释什么是量子电脑，影片在网络大量转贴、讨论；隔年 3 月《经济学人》杂志就以“量子跃迁”（Quantum Leap）为主题，介绍量子技术的展望，让量子电脑跃上大众视野。
微软首席执行官萨蒂亚‧纳德拉（Satya Nadella），也曾将人工智能（AI）、混合实境（MR）、量子电脑，并列为重塑未来世界的 3 种开创性技术，Google、IBM、Intel、微软，以及许多研究人员近来也都以打造商业使用的量子电脑为目标。虽然这项颠覆以往思维的运算技术仍在起点，但你我都应该从现在开始认识量子电脑，了解这项科技将在未来扮演关键角色。
▲ 加拿大总理杜鲁多（Justin Trudeau）面对记者提问，解释什么是量子电脑，赢得现场群众一阵掌声。
运算速度更强大，拆解量子电脑背后原理
量子电脑的概念，来自 1982 年物理学家理察‧费曼（Richard Feynman）将量子体系用于运算的想法，不过在那个年代都仅止理论推导，却也是翻转现代电脑科学重要的关键点。简单来说，量子电脑的运算速度超越现在你我使用的传统电脑，以更快的速度解决生活各项难题。
一般电脑（包括桌机、笔电、平板、智能手机）都采用二进位制的计算单位“位元”（bit），意思是 0 与 1 的二分法，一次只会出现 0 或是 1 单一状态，也就是“yes / no”形式；量子电脑则采用“量子位元”（qubit），这种计算方式有“叠加”（superposition）特性，可以同时出现 0 与 1，产生 00、01、10、11 的叠加状态，也就是“yes / no / both”形式。
《华尔街日报》曾比喻，如果传统位元是静止的硬币，一次只能出现正面或反面，量子位元就像旋转中的硬币，正反两面都可以同时出现；或者也可以将传统电脑想像成单一种乐器，量子电脑就像众多乐器组成的交响乐团，能同时演奏不同段落。
▲ 量子电脑就像众多乐器组成的交响乐团，能同时演奏不同段落。（Source：pixabay）
量子电脑之所以称为“下个世代的运算工具”，是因为可多管齐下、同步测试各种可能找出答案，透过量子电脑，可以帮助人类在短时间内完成一般电脑花上数十年才能解决的问题。
之所以能拥有这么快的运算速度，靠的是量子叠加（superposition）、量子缠结（entanglement）这两大量子特性。
量子叠加指的是每单位可以 0 或 1、0 与 1 相互叠加，形成 00、01、10、11 四种组合；量子缠结则是指量子位元可以分组聚合、同步计算各种可能性，也因为如此，运算能力才能大幅提升。
目前面临的技术困境？
稳定性不足
量子电脑这项科技已存在，但要能实际商业应用，仍有许多困难需要克服，目前量子电脑的稳定性不够，容易受热能、电磁辐射等外在环境干扰，必须将处理器放在绝对零度（零下 273 摄氏温度）的环境，才能让人类与量子电脑一起工作，目前为止因为打造这样的环境条件需要相当困难的技术，导致量子电脑发展速度受限。
错误率有待降低
此外，要达到商业化的目标，处理器要达到 50 量子位元、双量子位错误率低于 0.5% 的标准，才能符合“量子霸权”（quantum supremacy）定义。Google 今年 3 月推出 72 量子位元处理器“Bristlecone”，虽然已达标准，但目前错误率的稳定仍是一大关键。
▲ 为了避免热能、电磁辐射等外在环境干扰，必须将处理器放在绝对零度（零下 273 摄氏温度）的环境。（Source：Intel）
开发量子软件
最后，量子电脑要能真正发挥作用，同步开发量子软件也很关键，高度运算复杂度，使开发人员必须具备一定程度的物理、数学、软件工程知识，但由于初期研发的量子电脑硬件规格不一致，所以软件大多必须客制。
量子电脑预计 10 年内就能从实验室迈向商用，为人类生活带来天翻地覆的冲击。在未来世界，谁能掌握量子电脑技术，就拥有优势制霸权，也因此各家科技大厂、各国政府无不积极迎战，就像前微软首席研发策略长克雷格‧蒙迪（Craig Mundie）说的：“这是 70 年来，我们第一次建构一个完全不同的运算系统，这并非升级或改进，而是完全不同性质的新事物。”
（本文由 数位时代 授权转载；首图来源：Flickr/Ian Hughes CC BY 2.0）
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