什么是量子电脑?

前阵子Google的量子运算研究发表引起了很大的瞩目,而在币圈也有声音说到,如果量子电脑发展起来可能会危及加密货币的安全性,那究竟什么是量子电脑呢?小编花了点时间研究,不过因为量子相关的资讯真的不好懂,所以我想用我自己的理解来说明,如果有错也希望大家见纠正。

IBM的量子电脑长相

说到量子Quantum,可能大多数人是从电影《蚁人》听到这个词的,量子物力是一种微观世界的学问,跟宏观世界的物理因为具有很差异而独立出来,如果高中是自然组的应该会在物理课有学到,什么普郎克常数、波粒二相性、双侠缝实验等等的,主要是说明在微观的尺度下,这些粒子(电子或光子之类的)会具有一些难以解释的现象,这也是重点,因此待会的内容如果看不懂,绝对是正常的!

好啦,回到量子电脑,首先我们先要知道电脑是以位元(Bit)进行二进位运算,每个位元不是0就是1,但是量子电脑是以量子位元(Qubit或Qbit)来做运算,而且Qubit是叠加状态,也就是量子电脑的位元同时存0和1的状态(我知道很奇怪,但是先接受它才能继续),也就因为这个叠加状态的位元,让量子电脑具有比一般电脑还强大的运算能力,那为什么他同时存在两种状态呢?这就要讲到量子的特性。

具有量子特性的粒子可以作为量子位元,如原子核、光子或是电子,因为电子具有自旋(Spin)的特性,我们可以把它自旋方向来判断,能量最低是0最高是1,在这为止都与普通的位元没什么差异,但是量子位元特别的地方在于『叠加状态』(superposition),量子位元在『还没观察』的时候同时是0也是1(没错他同时是两个状态的存在),所以量子位元真正的不同在于量子的叠加状态与机率的方式存在,简单来说量子位元可以同时表示0与1,这也意味着,如果可以设计出读取量子位元的有效方式,1个Qbit就可以取代传统电脑(2bit)的计算能力。

也许这看起来没什么,不过当量子位元数增加,结果就大不同了,2Qbit可以包含4bit的资讯量,3Qbit可以进行8bit的运算,也就是说N位元数的量子电脑可以进行2的N次方的资讯量运算,这也是为什么科学家对于量子电脑的期待如此之大。因为量子的特性,量子电脑在运算等于是同时等于进行多种可能性的运算,因此可以想像成是平行宇宙的概念(平行宇宙概念本来就是从量子力学讨论出来的一种假设)。

平行宇宙的概念也是说明量子特性的假说之一

但是量子电脑并不是所有的运算都快,事实上它只针对某些特殊运算,如果是一般运算或是看影片还是妳我的电脑或手机比较快,换句话说量子电脑可能不会取代你我的电脑,当然目前量子电脑也还在开放中,未来如何我们很难用现在去推论。不用担心看完这篇还是不懂量子电脑与量子力学,科学家费曼也曾说过:『我可以很确定的告诉大家,没有人真正了解量子力学』,而且我高中的经验是,不要问,背起来计算就对啦!

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