== #Hivetalks #4 量子計算機 ==

5 min readFeb 22, 2020

Quantum Computation，量子計算。

「你知不知道薛丁格的貓，影響了未來計算機的發展？」

如果你旁邊的物理直男說出這一句無厘頭的話，請千萬不要說他有病，這是千真萬確的，他只是不知道怎麼好好地說這個故事。

薛丁格的貓（英文名稱：Erwin Schrödinger’s Cat）是奧地利著名物理學家薛丁格（Erwin Schrödinger, 1887年8月12日 — — 1961年1月4日）提出的一個思想實驗。他假設將一只貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裏。鐳的衰變要看機率，如果鐳發生衰變，會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會死；如果鐳不發生衰變，貓就存活。根據量子力學理論，如果沒有打開箱子，由於放射性的鐳處於衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加，貓就理應處於死貓和活貓的疊加狀態。這只既死又活的貓就是所謂的「薛丁格貓。」唯有打開箱子才知道貓是死是活。

那這個跟量子計算有何關係？

關鍵是其中的一句話：「量子疊加態」。

傳統的晶體管計算，僅處理0和1兩個位元（位元=Bit，是指低電壓和高電壓電流），也就是二進制的計算。但是由於量子的疊加態特殊情形，一個量子可以同時代表0和1，因此量子運算可以並行運算，又稱為量子位元（Qubit）。也因為量子疊加態，量子世界和經典計算機世界出現了不同。在經典計算機世界中，我們只能同時擁有一個狀態。比如，如果我們擁有了001態，我們就不能同時擁有010態，這是因為兩個態的電壓會疊加，如果同時擁有這兩個態的話我們只能夠得到011態。但是在量子世界中，我們可以得到疊加態，一個量子可以同時代表0和1，加上量子自旋角度，甚至可以代表0~1中間的其他值，因此量子計算可以傳輸更多的信息，並行計算，所以速度遠遠快過傳統的計算機。

由於傳統半導體已經遇到了瓶頸，摩爾定律逐漸到了盡頭。台積電目前已經在籌備3奈米的晶片製程，到底晶體管能走多遠，沒有人知道，但是專家都覺得很快就會遇到那堵墻。因此科學界將希望寄託在量子計算機，希望量子計算機能夠突破傳統物理的界限。

目前在量子計算機中，走最前面的就是谷歌和IBM。

谷歌在2019年10月公佈了53量子位元的計算機（Sycamore），號稱實現量子霸權，傳統計算機要花上萬年時間解決的，Sycamore可以在200秒之內算完。當然IBM是反擊說谷歌取巧，傳統計算機其實只要2.5天就可以算完。IBM自己則是公佈了Q Machine，號稱是第一台商用量子計算機。微軟也宣佈進軍量子計算。

除了谷歌、IBM、微軟外，還有幾家新創公司備受矚目，矽谷在這一塊下了重本：

D-wave-Canada: 已經融了2億美金，投資人包含DFJ，高盛、Fidelity還有加拿大主權基金。

Rigetti-US: 融了1.2億美金，投資人包含Amazon，Andreessen Horowitz，Bloomberg

IonQ-US：做量子計算商用應用的公司。

1Qbit-Canada：做量子計算機軟件的公司。

當然阿里巴巴和華為也在緊鑼密鼓的籌備著量子計算機。

但是實際上，量子計算機目前還停留在研發階段，還不能真正商用。因為量子計算必須在絕對零度左右（攝氏負273度）才能運作、觀測、降低錯誤，這個實施成本相當高。而且目前看到的量子計算機體積都不小，好像當年第一次做出超級計算機一樣，要縮小到一台伺服器的大小，還有一段路要走。

量子计算可以解决什么问题呢？簡單地說，就是超級計算機要解決的問題，本來超級計算機要算好幾年，對於量子計算機來說，可能幾百秒就算完了。可以應用的場景包含：