“遇事不决，量子力学”，我们可能都听过量子力学或量子计算，但量子力学究竟是什么，一直不甚了解，2019年9月，报道说谷歌53比特的量子计算机实现了量子霸权，经典计算机需要运行1万年的计算问题，量子计算机只需200秒，恰巧在得到上看到了清华大学李铁夫讲解的《前沿科技：量子计算》，心血来潮学习了一下，虽是管窥雷豹，但也长了不少见识，遂将学习所得分享于此。

量子，指的是微观世界中的最小不可分割的单元，它包括但不限于原子、电子、光子等微观颗粒，在量子世界存在某些不符合经典物理力学的规则，基于量子建立起来的物理学被称为量子力学，后来科学家发现如果操纵量子进行计算，利用量子的特性可以实现算力指数级的增长，如果能制造出一台量子计算机，经典计算机需要运算几百年的复杂问题，量子计算机几十秒就可以计算出来，实现计算机跨越式的发展，有夸张说法说，如果经典计算机的算力是燃气动气的话，那量子计算机的算力就是核能级别的了。

量子有两个重要特性，量子叠加和量子纠缠。

首先说量子叠加，我们知道，在牛顿经典力学的规律下，一个物体的状态的是确定的，比如人一个人只能是生，或者是死，不可能存在半生半死的情况，但是在量子世界，这种情况是存在的，有个著名的实验叫薛定谔的猫，波尔率先提出了量子叠加的特性，薛定谔就想出了这个思想实验来反驳波尔的理论，最后却成了说明量子叠加特性最著名的实验，量子叠加的特性是说量子可以有不同的状态，比如说一个量子可以表示有20%的0和80%的1，有了这个特性，一个量子比特就可以表示更多的信息。

量子的第二个特性是量子纠缠，两个量子可以发生纠缠态，一旦产生纠缠，两个量子的状态就可以实现信息的同步，而且不受距离的影响，爱因斯坦有个形象的例子说明这一点，把一双靴子分别随机放入两个箱子内，一个箱子放入到北极，另一个放到南极，只要打开北极的箱子，知道了在北极的靴子是左脚还是右脚，就同时能知道在南极的靴子是左脚还是右脚，这就是量子纠缠的特性。

量子叠加和量子纠缠的特性，如果运用于量子计算机，可以大大增强计算机的内存和运算效率，因为量子计算机的算力是指数增长的，问题越复杂，量子计算机的优势就越大，在分析和模拟领域，未来大有可为，如果破解当前的密码体系，经典计算机需要运算几百年，但是量子计算机只需要几十秒，那量子计算机是否马上就能造出来了呢。

其实，距离量子计算机真正被制造出来还有很远的距离，在硬件和算法上还有很多挑战，在硬件上，目前有超导电路、拓扑量子、离子井、光子等多种技术方案，各大研究机构和科技公司都在进行研发，但是各个方案各有优劣，目前还没有一个方案能够完胜，评价一个硬件方案的优劣主要有以下几个方面：初始化能力、扩展能力、稳定能力和被测量能力。

量子计算实现的可能性和威力已被科学家严格证明，未来的前景毋庸置疑，但是距离能够完全实现量子计算道阻且长，就让我们拭目以待吧！