2019年美國(guó)科技公司谷歌公司在NASA上發(fā)表了一篇論文，宣稱：谷歌的 AI Quantum 研究小組的53量子比特處理器實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”，即量子計(jì)算機(jī)可以僅用200秒的時(shí)間，完成目前最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)需要花費(fèi)10000年才能完成的計(jì)算量。那么量子計(jì)算機(jī)這種恐怖的計(jì)算速度是如何達(dá)到的呢？所謂的“量子霸權(quán)”又是怎么一回事呢？

首先簡(jiǎn)單說(shuō)一下，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)是如何進(jìn)行計(jì)算的，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)通過(guò)高電平和低電平來(lái)表示0和1，然后通過(guò)邏輯門來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。常見(jiàn)的邏輯門包括：“與”門、“或”門、“非”門、“異或”等等。邏輯門可以組合使用實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的邏輯運(yùn)算。以此為基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)學(xué)計(jì)算。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的發(fā)展遵循著摩爾定律，摩爾定律為大眾所熟知，即計(jì)算機(jī)芯片的晶體管密度每18個(gè)月翻一番，算力就增強(qiáng)一倍，這是一種指數(shù)增長(zhǎng)的規(guī)律。但是近年來(lái)隨著晶體管的尺寸逐漸逼近物理學(xué)極限，這一定律已經(jīng)放緩甚至失效。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中，一個(gè)比特只能是0或者1，但是在量子世界里，量子比特可同時(shí)處于多種態(tài)，它可以是幾種不同量子態(tài)當(dāng)中的任意幾種歸一化線性組合，這種狀態(tài)就是量子疊加態(tài)，它可以同時(shí)等于0和1，只有在被觀察的時(shí)候才會(huì)坍縮成兩種狀態(tài)中的一種。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如果量子計(jì)算機(jī)有3個(gè)量子比特，那么就可以說(shuō)它同時(shí)工作在8種狀態(tài)中；如果量子計(jì)算機(jī)有4個(gè)量子比特，那么就是同時(shí)工作在16種狀態(tài)中。所以，每增加一個(gè)量子比特，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力都是呈指數(shù)增長(zhǎng)?，F(xiàn)在的超級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)算能力，大致相當(dāng)于50個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)計(jì)算能力。

說(shuō)完這些，就來(lái)解釋下什么是量子霸權(quán)呢？量子霸權(quán)即量子優(yōu)勢(shì)，是指量子計(jì)算擁有超越所有經(jīng)典計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。

量子計(jì)算機(jī)最強(qiáng)大的就是它的并行計(jì)算能力，比如在對(duì)海量數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索時(shí)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要遍歷所有可能的匹配才能得到結(jié)果，而量子計(jì)算機(jī)卻可節(jié)省幾個(gè)數(shù)量級(jí)的工作時(shí)間。特別在計(jì)算機(jī)安全領(lǐng)域，量子計(jì)算機(jī)有著非凡的意義和重要的應(yīng)用，目前最普遍的加密系統(tǒng)，是公私鑰加密數(shù)據(jù)，是獲得了公鑰之后通過(guò)數(shù)學(xué)方法來(lái)計(jì)算私鑰，如果別人不知道私鑰，那么破解密碼可能就需要數(shù)年的時(shí)間。但是量子計(jì)算機(jī)驚人的計(jì)算能力，可以在很短的時(shí)間內(nèi)破解密碼，傳統(tǒng)的加密系統(tǒng)，在量子計(jì)算機(jī)面前將變得毫無(wú)抵抗能力。