“鬼魅般的超距作用。”愛因斯坦曾這樣描述量子力學(xué)的一個關(guān)鍵原則：糾纏。

　　當(dāng)兩個粒子呈現(xiàn)糾纏狀態(tài)時，即使這兩個粒子中間橫亙著整個銀河系，它們之間的相關(guān)屬性也是彼此關(guān)聯(lián)的。想一想《星際迷航》中的蟲洞，能將原子傳送到非常遙遠(yuǎn)的地方。量子力學(xué)還會產(chǎn)生其他“鬼魅”般的事物：量子隧道效應(yīng)使得粒子可以穿過致密的墻體；另外還具有一個神秘的屬性：疊加態(tài)，該屬性使得它們可以同時處于兩種狀態(tài)，我們可以為這兩種狀態(tài)分別賦值0和1。

　　這些看起來都很瘋狂，但目前這些情況都僅僅發(fā)生在原子尺度上；在這個尺度上，物理定律是不一樣的。愛因斯坦就非常懷疑量子糾纏現(xiàn)象的存在，1935年他還就此問題寫了一篇論文《物理現(xiàn)實的量子力學(xué)描述能否認(rèn)為是完備的》，他認(rèn)為量子糾纏不可能存在。

　　在這個問題上，愛因斯坦錯了。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)能在15英里（約24.1千米）的長度上獲得糾纏態(tài)的量子信息。他們正在利用量子力學(xué)的力量獲得實質(zhì)性的進展。

　　當(dāng)然，有一點愛因斯坦卻是正確的，這的確很“鬼魅”。

　　現(xiàn)在，量子學(xué)已經(jīng)被用來建造新一代的計算機，人們相信這種計算機能夠解決許多復(fù)雜的科學(xué)問題——并且解碼世界上所有的密鑰。它們幾秒鐘的計算所產(chǎn)生的結(jié)果需要傳統(tǒng)計算機上百萬年的時間才能完成。它們能提供更好的天氣預(yù)測、金融分析、后勤策劃、尋找類地行星和尋找合適的藥物。當(dāng)然，它們也能破解世界上每一個銀行賬戶、私人通信和世界上每一臺電腦上的密碼——因為現(xiàn)代的加密技術(shù)建立在大量字符的大型組合編碼數(shù)據(jù)上，量子計算機只需要借助自己的超高運算速度進行窮舉破譯即可。

　　現(xiàn)在，制作量子計算機的大賽已經(jīng)拉開。進軍這一領(lǐng)域包含了IBM、Google和微軟等科技巨頭，另外還有國防合同承包上和大學(xué)研究機構(gòu)。一家加拿大的初創(chuàng)公司聲稱已經(jīng)成功開發(fā)出第一款量子計算機。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的物理學(xué)家Ronald Hanson也曾告訴《科學(xué)美國人》說他將在5年內(nèi)制造出量子計算機的構(gòu)造模塊，并且在10年內(nèi)制造出全功能的演示機。

　　量子計算機的出現(xiàn)將會改變商業(yè)和網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)的平衡。這些問題都和國家安全密切相關(guān)，就像是核武器一樣。

　　使一個通用量子計算機在短短五年的構(gòu)建模塊和一個全功能的演示機在一個小十?dāng)?shù)年。

　　這將改變權(quán)力在商業(yè)和網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)的平衡。他們有深厚的國家安全問題，因為他們的技術(shù)當(dāng)量核武器。

　　首先讓我們解釋一下量子計算機是什么，我們現(xiàn)在又走到哪一步了。

　　在傳統(tǒng)的計算機中，信息由比特位、二進制數(shù)字表示，每個位的值要么是0、要么是1.因為位只有這兩個取值，長序列的0和1可以組成數(shù)字和進行計算。而量子計算機使用的是量子位，量子位能夠同時取值0和1——以“0+1”表示疊加態(tài)。量子計算機的計算性能隨量子位的增加指數(shù)級增長。量子計算機工作時并不是傳統(tǒng)計算機那樣按照順序進行計算，而是通過列出所有的可能并測量結(jié)果來解決問題。

　　想象一下能夠在同一時間使用各種可能的順序組合來對密碼進行驗證。盡管這個比喻并不完美，因為量子計算中的結(jié)果測量是比較復(fù)雜的，但這也能大概描述相關(guān)的思路。

　　制造量子計算機有很多復(fù)雜的問題需要解決。首先需要找到能夠產(chǎn)生糾纏光子對的合適材料；然后還有還要設(shè)計出合適的邏輯門并將其制造在計算機芯片上；量子位的生成和控制；存儲機制的設(shè)計以及錯誤識別。但是幾乎每個月我們都能看到新的突破出現(xiàn)。比如說IBM就剛宣布發(fā)現(xiàn)了一種探測和測量量子計算中的錯誤的新方法，并且設(shè)計了一種新的量子電路；如果這種電路的數(shù)量足夠，就能構(gòu)建出量子計算機芯片所需要的大芯片。

　　大部分研究者都認(rèn)為量子計算機的出現(xiàn)只是時間問題——量子計算機終將進入實用階段。但具體的時間人們的分歧較大，有人認(rèn)為5年，有人認(rèn)為還需要20年。今年4月份，IBM說我們已經(jīng)進入了一個量子計算研究的黃金時代并且自信地宣稱他們自己會首先制造出可用的量子計算機。

　　D-Wave的量子計算機

　　加拿大初創(chuàng)公司D-Wave則宣稱他們已經(jīng)成功研制出量子計算機，該公司CEO Vern Brownell在郵件中說道，D-Wave系統(tǒng)已經(jīng)制造出第一臺可擴展的量子計算機，其中應(yīng)用了可驗證的糾纏機制，現(xiàn)在已經(jīng)可以在日漸復(fù)雜的問題上得到最佳結(jié)果。為了讓人們相信他們的研究結(jié)果，他們強調(diào)了他們的方法，這種方法稱為“絕熱計算”，現(xiàn)在這種方法還不能解決所有的問題，但在計算的優(yōu)化、采樣、機器學(xué)習(xí)和一些商業(yè)、國防和科研領(lǐng)域上可能會有廣泛的應(yīng)用。他說D-Wave和數(shù)字計算機是互補的；是一種為特定類型的問題設(shè)計的專用目的的計算機資源。

　　D-Wave 2計算機擁有512個量子位，理論上可以同時執(zhí)行2^512項操作。這比宇宙中的原子數(shù)還多幾個數(shù)量級。Brownell說該公司很快就將發(fā)布超過1000個量子位的處理器。他說他的計算機并不會運行Shor算法（一種用于加密的必要算法），但其有在圖像檢測、物流、蛋白質(zhì)映射和折疊等方面的潛在應(yīng)用價值，以及在蒙特卡洛模擬與金融建模、石油勘探和尋求外星球上也有使用意義。

　　所以量子計算機事實上已經(jīng)存在了，至少是某種形式的量子計算機；但全功能的量子計算機還并沒出現(xiàn)。當(dāng)量子計算機變得主流、成為我們個人計算機、大型機和智能手機上的主要計算方式時，人類的命運將迎來巨大的變革。

　　但是和所有的先進技術(shù)一樣，量子計算機也能帶來噩夢。其中最值得擔(dān)憂的就是加密。開發(fā)新的保護數(shù)據(jù)的方法并不容易。目前常用的RSA公鑰加密算法就使用了5年時間才成功開發(fā)出來。公開密鑰加密算法的先驅(qū)Ralph Merkle指出公共密鑰系統(tǒng)的技術(shù)的更新至少需要十年時間。另外還有一個實施的過程，這樣才能保護全球的計算機和信息。如果沒有什么緊急推廣或快捷的方式，要取代現(xiàn)有的安全加密手段至少需要20年時間。

　　我們已經(jīng)為即將到來的“鬼魅”般的計算機技術(shù)做好準(zhǔn)備。