中國真的發明出了量子計算機了嗎？

科學建模來回答，目前還沒有這方面的進展或報道。我們首先需要解釋一下什么是量子計算機。量子計算機是一種理論上提出來，希望能夠借助量子效應來表達信息，進行計算信息的計算機模型。因此，量子計算機是一個理論模型。它的基礎是一種數學概念，叫做量子比特。正是量子比特的特殊性，才導致了量子計算機模型的特殊性，與傳統電子比特的計算機模型有所區別。

01 什么是量子計算

比特（bit），或者叫做一個字，在現在的計算機中表示0 或 1，也就說，一個比特可以是0，或可以是1。我們用多個比特合起來表示更多的信息。比如一個字節（Byte）由8個比特組成，即有八個位置，每個位置上由一個0或一個1來表示。這樣，一個字節合起來就可以表示一個二進制的數，比如，3可以表示為00000011。而9則可以表示為00000101。

我們現在計算機比如4G內存，就是指的我們的計算機可以裝下2的32次方個字節。應該說，現在的計算機已經可以存儲很多的信息了。

但是，在很多時候，我們還是認為現代計算機不夠快，為什么，比如，我們需要計算一個數的質數因子時就面臨一個計算速度慢的問題。如果我們能夠有一個很快的計算機，很快地把一個數分解為多個質數的乘積，那可以干很多事情。

但是，遺憾的是，質數分解始終是一個非常難的問題，我們這里的難不是指的不會算，而是指的當分解一個非常大的數時，比如我們要分解2的128次方+4這個數時，我們需要把幾乎所有小于2的128次方+4的質數都試一遍，這個計算量就非常的大，一般計算機運行一個月可能都不能完成這個計算任務。

那么是否有更好的計算機和計算方法能來計算質數分解呢？這個時候，就需要量子計算機登場了。

02 量子計算機為什么有潛力？

量子計算機與傳統計算機最大的不同就是這個比特。傳統計算機中的比特就是一位，要么0，要么1。

量子計算機中的比特，稱為量子比特，是一組01的組合。比如可以是兩個0、1比特的組合，也就是說，一個量子比特，可以有4個取值：00，01，10，11。

各位同學可能說了，這不就是計算機中的字節嗎？有什么區別呢？

的確，這個就是傳統計算機中的字節，只不過，在物理層面，一個存儲但應對應的是一個字節，而不是一個0，1比特。

這樣有什么用？打個比方，我們如果要在計算機中表示一個數，它可能是0，1，2，3中的一個數，那么，我們就需要2個bit來表示，用00表示0，01表示1，10表示2，11表示3。

而在量子計算機中呢，我們只需要準備一個量子比特就可以了，首先，這樣做在存儲空間上就會極大的壓縮。

更重要的是，我們還可以制備一個量子比特來代表更大的數值空間。比如我們用一個具有32個比特的量子比特就可以包含2的32次方的信息。

等等，什么叫做包含2的32次方的信息？這就是量子計算最奇特的地方。量子比特除了可以用一個量子來表示很大空間外，在空間中，量子比特是以一種概率的形式來體現整個空間。換句話說，一個量子比特的每一個信息都以概率的形式存在，那么這2的32次放的信息都存在，只不過每個信息的概率不一樣，有大有小。所以，我們說，這2的32次放的信息都被一個量子比特表示了。

我們再具體一點，比如我們有一個經典的計算機字節A，包含兩個比特

那么就有4種信息可以表達出來，00，01，10，11。但是，在現實中，我們的A只能等于其中的一個值，比如A=00，或A=01，或A=10，或者A=11。A不可能及等于00，又等于01。A只能是一個確定的值。

然而，在量子比特中，事情就一樣了，我們有一個量子比特B，它也包含兩個0，1bit，但這個時候，我們的量子比特卻不是一個確定的值。

在任意時刻，B=00的概率是1/4，B=01的概率是1/4, B=10的概率是1/4,B =11的概率也是1/4。

這是什么意思呢？也就是說B實際處于所有的狀態的一個疊加，我們稱之為量子的疊加態，這就是薛定諤的貓的概念。總之，所有的信息的可能都在B中存在，因此，我們說，B一個量子比特，包含了所有空間的信息。

那么這有什么用，確實沒什么用，因為，一個量子比特只要一旦被觀測，比如我們用一個復制操作：C = B，那么C就只能成為其中的一種可能。

也就是說C只能是00，01，10，11中的任何一種，觀測B后，C的值一定是確定的，比如C=00，那么這個時候，我們再去觀測C，C也永遠是00了，不會成為其他的值，這叫做量子態塌縮。

因此，量子比特的信息一旦被觀測，就退化成為經典的比特字節了。這樣一來，量子比特看來也沒有什么大用。

的確，其實量子比特確實沒有什么太大用途。科學家已經證明了量子計算機模型只是圖靈機模型中的概率飛確定性圖靈機的一個分支，等價與很多概率圖靈機模型。

很多經典的計算問題，比如排序，比如搜索，量子計算機沒有任何優勢，無法突破傳統經典計算機模型的上下限。換句話說，與經典圖靈機沒有區別。

但是，就有一個算法例外，就是這個質數分解問題，美國科學家提出了一種算法利用量子計算模型可以更快地分解質數。

但這些都是理論上的演算推理。到目前為止，還沒有一個真正的量子計算機能夠實現并質數分解問題。

03 量子計算機還處于理論模型階段

但是，因為量子計算機模型是一個數學模型，我們可以用數學的手段去模擬，換句話說，我們在經典計算機上開發一套模擬程序來模擬量子計算機，就想我們可以用MATLAB模擬計算各種物理現象一樣。

呵呵，這是不是很有意思，有點像用手電筒照太陽能電池板發電一樣。那么是否就真的沒有真正的量子計算機了嗎？不是，還真有。

Google，IBM，還有美國的一些頂尖大學在探索制造真正的量子計算機。

這個時候，就需要真的把一個個量子制造出來，讓它們處于一種疊加態，然后控制他們內部疊加態各個概率，最后，通過觀測這個量子比特，來獲得結果。

我們打個簡單的比方，2個處于疊加態的量子比特，有00，01，10，11四種狀態。

如果我們可以控制每種狀態出現的概率，比如我們讓00出現的概率為0.99999，那么，我們幾乎每次去測量觀測這個量子比特，都會得到00這個結果。

這樣，我們就可以通過控制概率來實現特定目的的量子計算。

但是，即便這樣，量子計算機依然很難制造，必須在低溫環境下制備能夠穩定一段時間的量子態粒子，比如氫原子。

然后讓多個粒子處于疊加態，還有通過量子邏輯電路，來進行量子計算的設計。

每一步都是以概率的方式進行，一個輕微的干擾就可以讓整個量子系統塌縮，換句話說，

所以，量子計算真正的實用化還有很長的路要走。國內在真實量子計算機方面還沒有起步，沒有一家科研機構開展量子計算機設備的制造，主要都是在理論還模擬仿真角度開展研究。