量子位:并行计算

在洛克希德·马丁公司之后，Google和美国航空航天局（NASA）也向加拿大公司D-Wave订购了一台量子计算机。而对于量子计算机的商用，世界各地担心和怀疑的声音接踵而来，人们普遍关注的一个事实是，这样的一台机器可以破解所有目前流行的加密编码。量子计算机基于量子物理学原理，在这个复杂难懂的原子世界，各种观念往往有悖于我们的日常生活经验。量子计算机中信息的最小单位被称为量子位（quantum bit），它有别于传统计算机信息的最小单位，量子位可以是“0”和“1”皆有一定概率比例的叠加状态。因而，与传统的计算机相比，量子计算机能够处理的数据量更大。只需250量子位，其所包含的数据量就已经比宇宙中所有原子的数量还要多，而D-Wave公司最新的机器据称有512个量子位。

早在90年代，美国信息科学家洛夫·格罗弗和彼得·肖尔就已经从理论上证明，量子计算机可以比传统计算机更有效地搜索大型数据库和执行长数字的质因数分解。这也意味着量子计算机可以更迅速地破解AES和RSA加密算法，这是一件非常恐怖的事情，因为目前数据保护主要依赖于这些算法。虽然同样通过量子位工作的量子密码已经成为一种商业解决方案，但是它只能够确保密钥交换的安全。

极其严格的要求

另一方面，也有一些持怀疑态度的声音，怀疑D-Wave所谓的量子计算机是否是真正意义上的量子计算机。多年以来，世界各国的科学家一直不懈努力地研发量子计算装置，但都没能够走出实验室阶段，没有获得太多实质性的进展。这是因为对于量子计算机的要求是极其严格的。首先，需要通过原子粒子的性质来制备量子位，这是量子现象发生的必要要求；其次，该系统必须从环境中隔离并冷却到几乎绝对零度，因为量子现象会受到外部影响；其三，人们必须谨慎地从外部进行干预，并分配单个量子位的初始值，触发量子力学的“纠缠”进行所需的算术运算；其四，读取结果。

到目前为止，研究人员利用单个离子或光子、原子核自旋的原子或者超导电子对作为量子位，这些已经超出了平常人的想象。而按照D-Wave的记录，他们2011年在因斯布鲁克大学通过钙离子取得14量子位的纠缠链，并于2012年在布里斯托尔大学成功分解数字21的质因数3和7，这些都是很普通的成功，是什么让D-Wave那么的与众不同？物理学界许多对D-Wave的量子计算机持怀疑态度的人猜测，D-Wave公司那个所谓量子计算机的庞大黑盒子，所使用的量子位实际上是微芯片上的超导环，通过传统的电子设备进行控制和读取。因此，批评者们质疑这个系统量子位之间有没有量子纠缠效应，或者说计算机是否真正利用量子纠缠效应进行计算，怀疑这只是一台普通的计算机。

应用范围有限

除了在生产技术上的优势以外，D-Wave的秘密还在于它的计算机概念。它被用于编程求解所谓的“旅行商问题”（给出城市的名单和每对城市之间的距离，要求给出访问每个城市一次并返回到起点城市的最短路线），D-Wave的系统能够根据物理“能量最低原理”逐渐进入并给出最佳的解决方案。量子计算机的结果需要通过电子设备来读取，这是量子计算机面临的另一个问题：既然量子位包含一定概率的“0”和“1”，那么也只是有一定的概率获得正确的结果，因此需要重复足够多次数的计算，以达到统计学上可接受的确定性。

量子计算机的巨大潜力在于它的计算速度，因为它可以进行并行计算。但是量子计算机在信息学规则的框架内并不能够揭示什么新的问题，它们只是能够更快地解决一些存在的问题，特别是在具有大量可能性的问题上“猜”出一个正确的可能性。而对于传统计算机而言，由于这一类问题需要处理的数据量太大，所以根本无法应付。这也是格罗弗和肖尔的算法可以解答“旅行商问题”的原因，所有同一复杂性类并彼此相关的问题，使用量子计算机可以得到很好的解决，因而，对于目前所采用的加密方法来说，它是非常危险的。

事实上，当涉及到实际的数据处理时，例如视频编码或者运行3D游戏，量子计算机并不会有任何速度上的优势。因此，对于Google为什么需要量子计算机，或者量子计算机能够给Google带来什么样的帮助，这个问题目前仍然是一个谜。