量子力学？量子计算机？秒杀传统计算机的能力从何而来？

今年，“量子力学”成了一个非常热门的话题，那么，你知道什么是量子力学吗？量子力学和女朋友的最大区别在于两者都很难懂，但量子力学不会一直追问你为什么不懂它，因为没人敢说自己懂它。如果觉得自己很笨，那么就应该去自学一下量子力学，只有这样咱们才能和聪明人站在同一条起跑线上。且不说量子力学到底研究了个什么神奇的理论，单说“量子”这个词就挺难解释清楚的。

有个略有名气的思想家庄子曾说过，一尺之间，日去其半，万事不竭。如果按照这种宇宙观，那就没完没了，原子切开是质子，质子切开是夸克，夸克再切开又是个什么玩意儿？光是起名字都能水好几篇博士论文了。而在叛逆的量子力学里边，如果物质不是无限分割的，切到一定程度就再也切不开了，这不就能解决切起来没完没了的问题了吗？那咱们的宇宙万物就是由这种再也切不开的最基本单位的物质组成的。

比如你个头高点，有28万个这样的基本单位这么高，它稍矮一点也有2个这样的基本单位高吧，这种基本单位的尺寸是固定的，用它们就能衡量宇宙所有物质，那这种基本单位就可以被称之为“量”。仅仅说“量”有点突兀，一般咱们都会加个助词，什么桌子、椅子、墙子、牛子、腿肚子、眼，柱子，这个基本单位于是就被称为“量子”，那描述他们的理论自然就是“量子力学”了。

接触量子力学第一个颠覆世界观的东西就是这个“量子”了。之前咱们都认为宇宙是连续的，一个东西从8厘米增长到14厘米，它必然是经过中间6厘米的每一个点，8.01，8.02，8.0201，8.0202...反正无论后面有多少位的小数，在这个增长的过程中，总有一个时间点的长度是那个数值，这不仅听起来合情合理，在我们现实中感觉到的也确实是这样，对吧？

但要是用量子来看，它就像是从8厘米直接变成9厘米，中间的长度是不存在的。宏观上我们自然看不到这种突变，因为这个最基本单位的长度也就只有10-33平方厘米左右，一般人是看不到的。当然，我们要是有科技能从微观视角去观察，缩小的微观尺度就看到令人震惊的现象，那就是任何东西的长度变化都是“一蹿一蹿”的突变，是固定单位长度增长的，那就不再连续了。简单说就是，微观视角才能看到细微的变化，而宏观上的连续只是突变的长度太短了，我们肉眼看不到罢了。

手机屏幕上连续完整丝滑的大白腿在你凑近看的时候，就会发现它就是一对互相不挨着的红绿蓝像素色块而已。凡有所想，皆是虚妄，兄弟们，因为量子力学的颠覆性太过惊悚，这就让很多别有用心的人，假借量子力学之名行敛财之实，任何东西一旦冠名“量子力学”，立马就拥有了所有解释权，反正你是听也听不懂，学也学不会，人家说意大利面拌42号混凝土，你可能还在“嘎嘎”吃着称赞美味。就比如量子计算机，在很多科幻作品里，这玩意儿就是个终极杀招。

当科幻电影剧情进行到无法逆转的时候，主人公就可以去求那个全知全能的“量子计算机”，不管是科幻里的描写，还是现实中媒体的宣传，留在大众印象里的量子计算机都是一个算力无限高的存在。在当前一些量子计算机的实验中，这些量子计算机的运行速度都在传统计算机的万亿倍以上，这岂止是飞跃，这简直是单细胞生物突变成了爱因斯坦，似乎量子计算机马上就要替代传统计算机，人类靠着量子计算机做大做强，再创辉煌，三天之内就能反攻三体星系。

但现实却不怎么乐观，量子计算机到底做了什么，以至于它跟博尔特一样快呢？咱们得先搞清楚一个东西，计算机它到底在计算什么东西？简单地说，计算机里的东西无非就是三种，文字、图片、声音，为啥没视频呢？因为视频就是配了声音的多张连播图片，文字更简单，给每个汉字编码，然后再把编码转码成“0和1的组合”。图片也很简单，每一个像素点的颜色都有对应的编码，同样转码成0和1的组合。

声音稍微麻烦一点，但也是把音频的波峰波谷编码，最后变成一堆0和1，可见计算机并不是个直男友好的世界，这么一转换，计算机世界庞大无比的东西都变成了“0和1”了，不管你看电影，打游戏，写字，发图片，本质上都是一大串“0和1”的计算。传统计算机的晶体管就是一堆门电路，大家也不用理解“门电路”是啥，它就是通过电路来模拟0和1的计算。CPU里几百亿晶体管不需要多复杂的操作，只需要按照自己的设计逻辑完成0和1的计算就行了。

要说人类的聪明就在这，仅仅是简单的一个变化就能模拟宇宙万物，但人类的不聪明就在这，虽然是把复杂问题简单化了，但一切都是守恒的，就像得到了钱就会失去痛苦。复杂的问题是简单了，但就需要规模巨大的运算，要不然也不用几百亿晶体管了不是？那量子计算机难道找到了不用把复杂问题转化的方案了吗？当然不是，量子计算机并不只是看起来神秘，毕竟最基本的运算单元是量子比特币。要说low吧，也确实算不上不可理解的科技，因为它仍然是把图片、文字、声音转化成“0和1”来处理。

不同的地方在于，传统计算机用晶体管，电子计算机用量子比特素，就像无论火力发电还是核电都是在烧开水。普通计算机一个比特位只能表示一种状态，要么你是个“0”，要么你是个“1”，如果继续增加比特位，状态数量会成倍增长，而量子计算机就明显高大上了。咱们之前说双方干涉实验的时候就说过，量子是有叠加态的，就是说它既是个“0”又是个“1”，这时候增加量子比特位，那状态数量就是指数增长了。大家知道成倍增长“1”的指数，增长速度是相当恐怖的，每一秒的增长都会是上一秒的一倍，量子计算机的运行速度就是这样不可思议。

其实反过来想，上万亿倍运行速度的突变，就指数增长这个“数学中的魔鬼”能实现了，量子不仅有叠加态，还有量子纠缠，这样一个量子比特能表示的状态就更多了，更进一步提升了量子计算机的运算速度。上面说的就是量子计算机恐怖算力的来源，但具体的原理可就很难讲明白了。至于如何实现量子比特币的运算就更难以理解了。传统计算机只要开发相应的软件，它就能实现功能，所以它叫通用计算机。但是量子计算机由于量子力学的特性限制，只是对于特定的问题有上百亿倍的速度优势，而对于一些问题，也就远不如普通计算机。

就像你让一个物理学博士帮你治疗肚痛肯定是不可行的，所以量子计算机和传统计算机更多是一种互补关系。特殊问题需要超大规模运算的就交给量子计算机，一般的问题就还是传统计算机来算。当前的量子计算机只是在最底层运动的量子的特性，其计算机结构仍然被淘汰。冯诺依曼和图灵两位大佬设下的框架如果计算机界再来一次彻底的革命，那至少得把整个计算机的结构彻底更换。比如未来世界才会出现的，生物计算机。好了，小伙伴们对此有何看法？咱们评论区见！