量子计算机是什么,相比传统计算机有何厉害之处?
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发布时间：2022-04-29 19:35
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时间：2022-06-21 15:48
自1946年第一台电脑发明至今，随着半导体产业的数次飞跃，计算机性能得到了突飞猛进的发展，2016年美国劳伦斯伯克利国家实验室将现有的计算机晶体管制程缩小到了1纳米，打破了7纳米的物理极限，虽然说这代表着在同等体积下芯片可以集成更多的电路，但是由于晶体管大小仅与几个原子相当就会发生量子隧穿效应，而在量子领域传统物理学将不再适用，传统计算机也无法工作。
因此早在上世纪80年代科学家们就开始思考，能不能利用量子特性制造出一台量子计算机，在传统计算机处理数据时，晶体管就像是一个开关，它允许或者阻止电流通过，由此形成的高低电信号就可以写成0，1这两个数，也就是计算机信息量的最小单位比特。
它的状态是唯一的，只能代表0或1其中的一个，而在量子计算机中量子比特却可以同时处于0或1的叠加状态，就像薛定谔的猫一样，只要我们不打开盒子观察，那么里面的猫就是一只即死又活的猫，这种状态就被称为“量子叠加态”。
它为量子并行计算提供了基础，比如在传统的计算机中四位比特可以表示16种组合，但你只能选择其中一种，而在量子计算机中你可以认为这16种状态同时存在，即一台N位量子计算机=2的N次方台N位传统计算机进行计算。
由此可见每增加一位量子，计算机的优势就会呈现指数级增长，但是如何利用这一优势将经典算法转化为量子算法成为了科学界的一大难题。
1994年美国数学家彼得-秀尔发现，利用量子计算机进行整数的质因数分解，花费的时间仅为多项式时间，它比传统已知最快的整数分解法快了一个指数的差异，而现在广泛使用的RSA加密算法，它的算法基础就在于人们不能有效地分解大整数，比如一个300位的十进制整数，利用现在最快的计算机进行质因数分解需要花费从宇宙大爆炸开始至今的时间。
而利用秀尔算法至需要不到一分钟的时间，这对于加密系统来说无疑是一个巨大的冲击，所幸现实情况是我们还制造不出能够破解RSA算法的大型量子计算机。
2019年10月23日谷歌在《自然》杂志上发布论文表示，它们研发的量子计算机成功在3分20秒的时间里，完成了传统计算机需要一万年才能处理的问题，并声称这是全球首次实现“量子霸权”，即量子计算机的表现远远超过了传统计算机。
但是这台量子计算机只有53个量子位，仅破解加密系统就至少需要几千个量子位，所以说实现量子霸权还远远不够，想要将量子计算机真正应用大加密破译，药物研制，保密通信等领域仍有很长的路要走。
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