量子計算機有什麼實際的應用意義？
「量子計算機里的量子比特有多重編碼可能性，可以處理傳統計算機無法處理的問題。」這句話怎麼理解？
難道量子計算機里不是用0和1編碼的嗎？這裡的「無法處理的問題」指的是哪些？
如果得到了普及，量子計算機對於傳統計算可以有哪些實際的改善呢？
量子計算機中的 量子比特不僅僅可以是0 (寫作
(可以接受的時間內)"無法處理的問題" 有很多, 最為知名的是大數的因數分解. 經典計算機至今沒有找到多項式時間內的演算法, 但量子計算機可以實現多項式時間的Shor演算法
如果得到了普及... 普及這不好說, 就說實用級別的量子計算機做出來了, 那麼現在市面上絕大多數的非對稱加密演算法在它面前不堪一擊... 同時對於量子過程的模擬會變得容易得多, 大約做化學做材料的會非常開心?
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評論中有人說希望看看為什麼疊加就能實現 "並行" (確實嚴格地來說應該是打引號的) , 這裡簡單說說:
對於單個比特來說, 疊加是這樣的:
當然量子計算有其與經典計算不同的性質, 還有些諸如量子態不可克隆原理等限制, 所以直接說相當於無窮台經典計算機是不對的.
能上 Youtube 的話, 可以看看 Krysta Svore 在 IQC 的一個公開演講: Quantum Computing: Transforming the Digital Age. 裡面涉及了一些 non-trivial 的應用, 比如加速分子動力學模擬. 量子計算機會給化學研究帶來突破嗎？ - 匿名用戶的回答, 這裡有些大致介紹.
稍微正式一些, 但是不涉及技術細節的話. 推薦一篇幾周前 Ashley Montanaro 寫的量子演算法綜述吧, 在 scirate 上評價很高: http://arxiv.org/abs/1511.04206. 涉及了不少近年進展, 比如 HHL 演算法相關的那些(所謂的量子機器學習), 以及一些經典演算法相關的結果(比如我們知道的一些圖相關的演算法).
比較好且全面的介紹, 大概還有 Stephen Jordan 維護的 Quantum Algorithm Zoo: http://math.nist.gov/quantum/zoo/. 羅列了目前的絕大多數量子演算法, reference 里有兩百多篇 paper. 當然了, 大多數問題的加速都是多項式級的.
總結一下. 現在的量子演算法其實都是基於幾個演算法原語(量子 Fourier 變換, Grover 演算法, Quantum Random Walk, 量子模擬, HHL), 然後用在各種情境中: 比如用 HHL 演算法來處理 ODE 邊值問題或者統計學習裡面的問題. 會不會有更多的原語呢? 我不知道. 但即使是現在這些原語, 在實際應用中的潛力恐怕也遠沒有開發殆盡. 更多的 killer application, 很可能需要的是有具體專業背景的人使用量子演算法來解決問題.謝邀。正如我以前的答案所說。量子計算機的最核心的是來自於相干性（coherence）。這個是物理層面上的，經典的計算機是永遠也不可能有這種相干性的。相干性有了superposition，這就導致了物理意義上的同時對不同態的運算。
總的來說，量子計算的好處有3點。
1. 量子計算的計算能力要比經典計算要強。但是至於強多少，現在沒有嚴格的證明，這一點我已經說了很多次了。2^N只是人們構想的。量子計算可以到達的計算空間是post-BQP，至於這個post-BQP到底有多大，沒有人知道。
2. 量子計算機的速度要快。我們只是已知所有的經典計算都可以有效的變成量子計算。至於量子計算能快多少，我們也不知道。是不是有量子演算法可以有效的解決NP-Hard，甚至有效的解決P-space，甚至更快。這些都還有待研究。
3. 量子計算節能。由於量子計算都是unitary operator（幺正），是可逆的計算。也就是說只有在一次量子計算結束時（測量量子態時）才會出現熵增。這個也是量子計算在物理意義上的優勢。經典計算永遠不可能有這個優勢。
那麼，量子計算現在有什麼應用呢。現在幾乎沒有。原因是現在通用性的量子計算實現上還有很多的困難。就現在來看只有D-wave一家公司有商業化的量子計算機。只是現在只能計算的Ising model的ground state出來（但，不要小瞧這個，這個也是NP-Hard問題了）。儘管，現在D-wave好像沒有多大用處，但是可以證明D-wave用的量子演算法也是通用的，也就是說D-wave有一天可能會改造成通用的量子計算機出來。
說到了硬體實現上了，我就引用自己在知乎的回答量子計算機的工作原理如何簡單解釋？ - huang萊因哈特的回答。這裡有更加詳細的關於量子計算機硬體及其實現的方法的討論，這裡不重複了。
那麼，假設一天通用型的量子計算做出來了。首先可以知道的是，所有銀行里，政府中，甚至是軍隊中用的RSA密碼的破譯將得到有效的解決（shor algorithm）。這不亞於原子彈對世界格局的影響。還有很多演算法的加速可以改變世界，這裡就不一一列舉，有興趣的同學可以看看http://math.nist.gov/quantum/zoo/，這裡列舉一些已知的量子演算法加速經典演算法的例子。
當然了，量子計算做出來了，那麼量子通信的元器件也能做出來了。當然這屬於量子通信改變世界的部分了。
再說一個有趣的，前面沒有人提到的方向吧。最近有些論文有提出黑洞會噴射出信息（詳見霍金輻射），但是這些信息的複雜度可能只能用量子計算來破譯出來。也就是說，掌握了量子計算的人類可以破譯更多宇宙中有效的信息。（當然這些只是猜想）——————————————————
更多量子計算實現的討論，請見量子計算機的工作原理如何簡單解釋？ - huang萊因哈特的回答及其下面的評論。
本回答根據與IBM系統技術實現室系統架構師邵鵬的音頻對話整理而來，他也被我們稱之為大中華區量子計算佈道師。
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有一個實際應用，就是有關加密解密。
這裡有一個非常好的例子，就是現在大家所關心的密碼破解問題。
根據現在的數學的研究，現在密級最高的1024位公鑰密碼體制，如果用當前最強大的計算機進行暴力破解的話，需要將近三百萬年的時間，雖然這是幾年前的，根據當時的計算能力的預測結果，但是現在也是需要幾百萬年的這麼一個數量級。
如果我們有一個「1024量子比特」的量子計算機，那麼這個時間可以縮為幾天的時間。有一個科學家證明說：「大約5天的時間，就可以破解1024位的公鑰密碼體制」。
所以當量子計算機的計算能力，達到這樣的一個量級的時候。那麼，首先受到衝擊的，就是世界的安全體系。所以數學家們現在正在加緊研究新的量子密碼加密體系。
而如果量子計算能夠達到商用之後，應該是迫切的繼續解決當前業界所解決不了的問題，也就是二進位計算機計算複雜性的問題。
再具體一點的說，就是在銀行、金融、安全系統。甚至新葯的研究、新材料的研究，這些對普通生活和工業界產生巨大影響的領域，才會第一步去使用量子計算機。到那個時候人們可能在很短的時間內，就能得到關於，比如說：新葯、新材料的一些新的特性。得到驗證或做出別的嘗試，那個時候我相信我們的生活模式跟商業模式，會有極大的改變。
商用級量子計算機具有難以估量的學術價值和工業價值。
對人類文明來說，它是真正的一大步。
我想題主更在意是其工業價值。
最直接的應用當然是，各種量子演算法終於可以運行，可以商用化了。
目前為了運行某些量子演算法，我們只能在實驗室里造出特定的量子計算結構。而且這種結構一般都費時費力費錢。
一台計算機上可以運行各種程序在大多數碼農眼裡應該是顯然的。但要造出一台可以實現各種量子演算法的計算機非常困難。
假如現在我們可以造出商用級量子計算機，我們就可以在它上面運行各種量子演算法。
1.這時，從Google這類行業頂級公司開始，幾乎所有經典演算法都會被其對應的量子演算法替代。量子演算法在處理許多任務時都會比經典演算法有極大提升。
量子計算機的確是只在處理某些運算時有優勢，但是這些運算實在是太基本了，以至於無處不在。
比如說幾乎無處不在的希爾伯特空間，只要遇到它，基本上都有對應的量子演算法。
所以實際上，量子計算機可以運用在許多類型的任務中。所有大公司都不會也不能錯過這種技術。
2.一些經典演算法不可能完成的任務，量子演算法卻可以輕鬆搞定。
比如說，用量子演算法的Google可以在「不知道」你的問題的情況下，就給出搜索結果。你的搜索記錄將完全保密，連Google都不保存。這是由於量子不可克隆原理。
還有很多違反直覺的任務可以完成，因為量子力學本來就是違反人類直覺的。
3.計算能力的巨大提升+不可能任務的可能化=...？
這種時候就不要吝嗇自己的想像力了。
想想機器學習在二十年前的落寞和現在的春風得意。二十年前機器學習在工業界很難找到使用價值，因為那時的計算能力實在太爛了。學習演算法在train set測試一下都要幾個月的話，誰還有時間調參數啊。
這二十年間，計算機結構不變的情況下，機器學習就已經強大了這麼多倍。
想一想，假如我們獲得比現在強大的多的計算能力，一個強大到我們無法想像的帶量子任務處理的強AI是不是指日可待了？
【Google去年5月和NASA合建了Quantum AI Lab. 量子人工智慧，聽名字就很帥啊！】
當家家戶戶都有一台量子計算機，互聯網又會進化成什麼形態？
一句話，商業級量子計算機會成為未來科技的引擎。
就像蒸汽機是工業文明的象徵一樣，量子計算機帶來的計算能力的突破將會有類似的意義，它是人類邁過那7nm鴻溝的橋樑。
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關於量子計算的簡單介紹請點這裡：能不能用IT技術人員能聽懂的話介紹一下量子計算的原理？ - 計算機
最近也學了一些量子計算的內容，發現量子計算機的實際應用價值還是相當巨大的。
例如經典的搜索問題，從一堆雜亂無章的 個文件中找到我們想要的某個文件。如果是使用傳統計算機的話，那麼基本上就是
這種計算複雜度；如果是量子計算機的話，可以把複雜度減少到
，並且找到該文件的概率幾乎接近於1。還有 Shor 在1994年所提出的 Shor 分解定理，對傳統密碼學這一塊是有著一定的衝擊的。基於以上種種研究結果，大家對量子計算機一直有所期待也是可以理解的。
近期也整理了一下之前所學的量子計算的一些基礎知識，供大家參考。文章鏈接如下：《量子計算（一）》，後續也會根據自己所學的量子計算內容繼續撰寫相應的讀書筆記。
當前，人類已經徹底整明白電子，質子，中子的物理特性。
一個電子與一個質子組成的氫原子，它的物理特性是怎樣的呢？這個問題不夠複雜，現有的計算機能算出來，但是氦原子就費勁了，水分子就直接跪了……
怎麼辦，現在的解決方案就是簡化，使用快速演算法，但是目前的計算機的計算能力，就連這種簡化的不靠譜東西都擺不平！
量子計算機這種東西一開始就是解決這個問題的，牛頓看著蘋果落地就解決了天體運動的問題，物理學家解決了那麼多粒子的運動特性，怎麼這些粒子一組合起來，我們就跪了？因此量子計算機必須搞出來，不然化學生物永遠是一種實驗科學，理論全都是靠猜
量子計算機是用平行世界進行計算的。它的最大優勢是可以輸入疊加態。對0和1同時進行處理。
舉個例子，一個經典的與門，輸入有四種的話，00 01 10 11，那麼如果我想知道所有的可能性，我們要把這幾種情況分別進行計算，需要4次計算。而量子計算機卻只要「同時」給這個與門的輸入端加上疊加的01，一步就出結果了。
量子計算機可以用於密碼破譯，比如大家都知道的，加密了一些東西忘了密碼，解密可能要窮舉法。這類似於行李箱的密碼，可以通過不斷的轉動齒輪試出來。但是我們用量子計算機，就可以直接把齒輪上的每一位，「同時」輸入進去，然後立馬就可以找出打開文件的那個密碼。
量子計算機在計算量子現象的時候也是得心應手。大家知道微觀世界是由量子力學統治的，而量子力學最大的特點就是疊加，你計算的時候要把所有可能的原子波函數組合（干涉項）全部都考慮進去。這樣下來，計算量會隨著原子數增加呈冪指數暴漲，導致現在最先進的計算機，通過量子力學來模擬材料的性能時，模型中最多也只能放500個原子…
500個原子，對於dna，對於蛋白質，對於高分子，簡直是芝麻粒。所以人類至今無法從理論上模擬和預測蛋白質一類的功能，只能通過實驗不停的觀察，像植物學家那樣紀錄。
如果有了量子計算機，生物體系的計算將可行。物理再吃掉無機化學後，開始向高分子、生化領域進發，讓人們僅僅通過模擬手段就可以預測蛋白質和細胞的功能。
量子計算機和普通計算機，一個是運算能力和晶體管數量成正比的，一個是運算能力和量子比特呈冪指數關係的。雖然量子計算機目前能力有限，但是如果量子比特繼續變多，那運算能力就是2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 2048 4096 8192 這樣幾何級數的增長啊！最終，它的計算能力會遠超現在的計算機。
反對一下得票最高那個答案。
量子根本沒有他說的這麼懸乎。如果我們以在某個計算機模型下屬於P作為一個問題可解的標準的話，已知量子計算機特有的演算法不多，也就是Shor"s Algorithm等幾個。已知量子計算機能確定給我們帶來比較重要的就是一個可以把RSA破掉的演算法。
換句話說公認的量子計算機除了能把我們現在在用的幾乎所有加密給幹掉，讓你網購時的銀行卡直接暴露在眾目睽睽之下以外，似乎並沒有什麼卵用。暢想歸暢想，既然問題問的是實際應用，還是稍微實在點吧。
推薦一下huang萊因哈特的答案。很專業很靠譜，不吹牛逼，我喜歡。
既然答了，最近又閑的蛋疼，來點乾貨。本人學藝不精，也就把他說的裡面一些基礎知識講一下吧。。。這裡默認讀者對於理論計算機零基礎，所以看起來可能有點偏題，不要在意。
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基礎知識編
首先談到理論計算機，不得不知的就是圖靈機了。由圖靈他老人家在30年代提出。具體可以維基一下，不詳敘述。需要表達的只有一點，那就是Church-Turing thesis ： 一切合理的計算模型都能夠被圖靈機模擬。
也就是說現在大家看到的所有電腦啊什麼的都是個圖靈機。就算量子的也不例外。
圖靈同時用數學方式給我們搞出了圖靈機的理論邊界：有許多問題是圖靈機所不能解的。比如那個著名的Halting Problem：一個圖靈機是否在某個給定輸入時完成運算（就是不死循環啦，英語翻過來很彆扭）。這些問題我們統稱為Undecidable。
好了，不管量子計算機有多牛逼，只要他本質上是個圖靈機，他的理論邊界就這麼被圖靈給圈死了。
然而問題來了。著名數學家Godel在給他的好基友寫信的時候探討了圖靈機的問題。他表示這個東西很屌啊，並且構想了這樣一個問題：
給定一個數學定理，有否長度小於 x 的證明。
大家思考一下，似乎這個問題不這麼難。因為一共就這麼多個字母，大不了一個一個試對不對。那麼如果這個可以用圖靈機實現，我們碰到問題只要給他一個特別大的x，豈不是基本就把問題給解決了？ 數學家是不是就都可以失業了？
。。。額，鑒於過了半個世紀大家高中數學課依然在苦逼地寫證明，看來不是這樣。。。
因為機智的計算機科學家們發現了Godel這個美妙想法的一個死穴：時間。
我們簡單一點來說，假設你把一個證明用二進位來寫，並且給你的萬用定理證明機里放上ZFC和FOL Calculus（用來驗證證明是否正確），然後瀟洒地按下開始鍵，開始證明1 + 1 = 2。
。。。然後你等啊等，等啊等。等到花兒都謝了還是沒有等出來。等到你兒子結婚了還是沒有等出來。等到你兒子的兒子結婚了都沒有等出來。為什麼呢？
來，1 + 1 = 2的證明，在Principia Mathematica中，以純邏輯機器可驗證的方式證，在第379頁。。。
我們稍微和諧一點，假設一頁包含了100個bit的信息（其實估計遠遠不止），那麼學過排列組合的人應該知道，這個東西呢，光是長度正確的證明，就有2^37900種可能性，不去考慮這個圖靈機還要解決長度比37900小的情況。
那麼問題來了，2^37900有多大啊？宇宙的年齡多大？130億年。大約4.1 * 10^17秒，粗略換算一下最多2的150次方。
也就是說，我們假設你從宇宙大爆炸開始算，就算你每秒幾百萬次計算，算到現在連個零頭都沒算完呢。
也就是說，Godel的這個演算法，還很有可能連1+1=2都證不出來。直到地球被死亡的太陽吞噬，那個圖靈機依然算不出來。
這就是指數級增長的可怕。
好了，嚇尿的計算機科學家們決定在圖靈之前下的定義之上再來一道枷鎖：時間複雜度。他們機智地規定，一切在多項式時間裡能解的東西才是有實際意義的東西。
聽起來好屌啊。那麼稍微解釋一下。
眾所周知圖靈機需要一個輸入。我們假設這個輸入是放在一張紙條上的吧，上面寫滿了0和1 。我們假設圖靈機每看一個數字或者寫一個數字，每動一個位置都花費1單位的時間，而輸入的長度是x。那麼我們可以得到函數： 得出答案所需最長時間 y = f（x）
看起來不錯。那麼如果這個時候f（x ）裡面最多只有x^n的項（n為常數），我們就說這個東西是多項式時間了。
註：這個定義一點都不對，只是便於大家理解而已。
計算機科學家們越想越激動，覺得自己實在太屌了。因為他們發現，是否多項式可解與我們對於電腦模型的假設似乎是無關的，是否多項式可解是問題的本質而非與計算模型有關。他們覺得自己已經摸到了解開計算機理論極限的門！只要能夠找出這個多項式可解問題集合（也就是P啦）的邊界，他們就大功告成了！
那麼問題來了，邊界在哪兒呢？
答：不知道。
簡潔地說就是計算機科學家們定義了一個叫NP的東西，大致意思是給我一個解，多項式時間內可驗證。哲學上來說能解NP是智慧的象徵，比如上面提到的定理證明即屬此範圍。而且，有意思的是有一種問題叫做NP完全問題。也就是說這個問題本身是NP，但是能解他就意味著能解一切NP問題，比如定理證明。但是，他們嘗試了這麼多年，既無法證明P = NP，也無法證明P ！= NP。甚至可以說是毫無進展，沒有頭緒。除了有一大堆佐證告訴我們P不太可能等於NP以外，並沒有什麼突破。
所以，呵呵。以後誰再跟你亂吹人工智慧你就問他是不是知道NP是什麼，不知道別瞎比比。
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量子計算編
本人物理渣。不過身為計算機科學家有一點還是好的。我們可以把量子計算看成一個數學問題嘛！反正怎麼實現不歸我管，我就考慮下怎麼用咯。那麼現在我我們就來看一下量子計算究竟是個什麼鬼。
首先，大家回想一下最基礎的電路：
信號： 1 或 0
然後我們有一堆門，搞各種各樣的東西。我們可以簡單地把這些門都看成一個個函數，然後用真值表給他寫出來，比如與門：
輸入1 輸入2 輸出
0 0 0
1 0 0
0 1 0
1 1 1
很簡單對吧！
那麼我們來個加強版的。
我們假設邪惡博士知道了你學會了電路的事，非常不開心，於是偷偷地把你的電路搞壞了。現在你的輸入1和輸入2變來變去的，時好時壞。
但是這些小伎倆怎麼難得倒機智的你呢？你決定，既然這些東西會變，我就把他的值寫成概率！
假設邪惡博士使得輸入1有 70%的概率是1， 輸入2有50%的概率是1。那麼：
輸入組合 輸出結果 概率
00 0 0.15
01 0 0.15
10 0 0.35
11 1 0.35
於是你又一次摸清了這個東西的運作規律!
然而邪惡博士並不會罷休的,他決定再給你搞一搞.
我們觀察到,之前的每個比特可以寫成如下的形式
值 概率
1 0.7
0 0.3
每個值加起來是1.
那麼現在邪惡博士給你改一改,變成:
alpha sqrt(2)/2
beta -sqrt(2)/2
其中alpha平方加上beta平方等於1
。。。那麼恭喜你你獲得了一個QB。。。哦不是一個qubit。。。也就是量子比特。
但是就像之前的版本里最後的結果不是0就是1一樣。qubit，如果你最終去測量他的話，結果不是alpha就是beta。換句話說，「觀測一個量子比特的值會使其坍縮到一個特定的態」。
其中坍縮到alpha的概率是alpha值平方，到beta的概率是beta值平方。
不過有趣的是，在你觀測之前，這個比特即使alpha又是beta，所謂「薛定諤的貓」是也。而有的時候你把兩個比特同時穿過一個門以後他們的可能性只剩下alpha alpha和beta beta了，於是這兩個比特就「糾纏」了，等等等等。
至於算起來呢，還真的跟算概率挺像的。在此不詳敘述。以免班門弄斧被大神打臉。
那麼題主說的那個「可多重編碼」就是這個意思，因為每個qubit里有額外的信息。至於「無法解的問題」，很多時候也和這個有關。譬如你把兩個非量子的比特穿過一個電路，在邪惡博士的影響下你必須測量每一個比特的值。而如果你把兩個量子比特穿過一個量子電路，他們可能會在你的設計之下糾纏起來，然後你就只需要測量一個了。
當然了實際情況會複雜得多。這裡只是科普。
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好了，鋪墊到此結束。
那麼問題來了，既然我們現在的計算機可能性被Undecidable和NP兩座大山壓著，量子計算機能搞出個什麼呢？
答：複雜度級不只有P和NP。
比如現在加密的RSA公共密鑰演算法，依賴的是已知一個整數無法在多項式時間內把他的因數拆開來。至於為什麼比較複雜，不加敘述。我們至今沒有在非量子計算機上找到辦法去解這個問題，但是我們也證不出來這個問題是NP完全。所以這可能是一個中間的問題。
而且這個問題如果有量子計算機是解得出來的。（Shor Algorithm）
也就是說，如果有量子計算機的話，我們或許可以把我們能解的範圍往前再推進一步，但是這個究竟有多厲害，沒有人知道。學界大概的意見是似乎並沒有那麼厲害。起碼現在就指望他一舉解決NP問題毀滅全人類，讓全部數學家失業有點太早了。
基本結論：要想知道這些科技對我們的生活究竟有多大影響，還是認真讀幾年數學讀幾年理論計算機吧。。。不要在知乎上聽人（比如我）吹牛逼。
鄙人見識淺薄，還請諸位大神指正。
量子有一種很神奇的特性，也就是量子的疊加態。一個粒子，在我們觀測之前，它處於又左旋又右旋的狀態。但是我們觀測以後，我們只能得到要麼左旋，要麼右旋的結果。換句話說，在觀測的一瞬間，它「塌縮」了。
對於量子處於疊加態的證明，可以搜索一下托馬斯·楊的「雙縫干涉實驗」中，觀測手段影響光的波粒二象性的表現，以及「延遲決定實驗」中，在一切結束後再對過程進行決定的實驗。可以說，量子論打破了經典物理學中的決定論和定域性，實際上，不存在一個確定的「歷史」，而取決於我們觀察的方式。同時，不同的觀測方式甚至可以導致不同的歷史。
把它放到量子計算機上，這意味著幾個好處。
第一，是指數級增長的計算能力。經典計算機中，一個經典比特只能存儲一位信息，要麼是 1 ，要麼是 0 。但是在量子計算機中，這個比特可能是 0 ，也可以是 1 ，關鍵是它們同時參與了計算，而只在你觀測時，才會塌縮成一個完全確定的解答。假如是 10 經典比特，那麼相當於 10 位數據參與運算。而 10 量子比特，就是 2^10 ，也就是 1024 位數據參與了運算，這是多麼巨大的差距。
第二，假設現在你的手放在鍵盤上，準備進行 Google 搜索。不可思議的地方在於，甚至在你想好要搜什麼之前，量子計算機就可以完成計算！乍看起來這樣非常不合常理，但是實際上，在你打字時，後台就可以開始進行計算。這個計算可能是各種搜索關鍵字的疊加態，而在你打好字按下回車時，這個疊加態一瞬間塌縮為你要的關鍵字，你的搜索早已運算完畢了。
第三，我們現在計算機的主要熱量，來源於我們對存儲器的不斷讀寫和重置。假設我們的存儲器內有 0 和 1 組成的雜亂無章的數據，現在我們全部清零。這一刻，我們的存儲器顯然變得更加「有序」，即無序程度「熵」的降低，而根據熱力學定律，這些熵就以熱量的形式散發出去。因為微觀粒子的幺正性，量子的運算是一種完全可逆計算，信息不會丟失而得到重用，幾乎不會有熱量的散失。
所以說，屆時在一塊手錶上實現超越一切經典計算機的算力，並且超低功耗和熱量，的確不是不可能的。我們可以期待通用量子計算機普及的時候，人類文明會迎來多大的飛躍。量子計算機只是對於某些特殊的問題才能顯示出其強大性能，這些問題一般能夠轉化為量子系統的演化過程，所以，相當於做了一個小的量子模擬。
目前科學發展的趨勢歸根結底就是兩條路數。第一就是探究現有物質新的組合方式，包括原子層面和分子層面，包括生命科學、高端材料合成等等。第二就是挖掘世界存在的本質，天文學和高能物理一個往大了去一個往小了去就是用不同的方式想要繼續挖下去。而目前為止，這些頂端科技之所以沒有突破性的進展就是因為需要的計算量太大，目前幾乎完全被鎖死。比如，生命科學，歸根究底就是有機分子的排列組合，想要模擬生命的各種可能性真是需要太大的計算量了。物理、天文所需要建立的模型更是如此。
而量子計算的突破對這些頂尖科技的意義真是無法想像，計算能力質的飛躍必然會使這些頂尖科技爆髮式的發展，屆時生命、物質、能量、空間、時間的本質終於有可能展現在我們的面前，各種現在想都不敢想的應用會隨之出現。所以，量子計算簡直就是人類的新革命，邁向神級文明的金鑰匙，非常令人期待。
最近看到一些關於Weyl Fermions的文章。然後我覺得可能是費電少、產熱少。作為伺服器很好。
在線量子計算機來了！ IBM首次將量子計算向大眾公開5
編者按：本周三，IBM的科學家首次將該公司的量子計算機接入雲端服務向大眾公開，IBM相信幾年之內就能開發出量子計算機的實驗晶元。量子計算競賽的號角已吹響。
目前，IBM還沒有正式公開體驗量子計算服務的介面，但有興趣的朋友可以登錄：IBM Quantum 申請試用。
今天的互聯網包羅萬象，每一天都有新的設備，新的技術接入，可是IBM接入互聯網的這台電腦卻不太一樣。它稱得上是鶴立雞群，傲視一切。這台由液氮冷卻，擁有超導處理器，運用量子物理原理的計算機衝破了傳統計算機運算能力的壁壘，開啟了一個新時代。
傑瑞·周（Jerry Chow）帶領的IBM量子計算機團隊，在本周三啟動了量子運算的網頁界面，讓外部的程序員和研究者通過演算法來測試這塊量子晶元。周對記者表示，「儘管量子計算雲服務的主要目標人群是科學家和學生，但其實任何想要來一睹量子運算真容的人都可以試試。」
IBM量子計算機專家傑瑞·周
雖然可能只是管窺一斑，但是周還是想讓普羅大眾，對這款顛覆型雲端計算機的投入使用，以及之後帶來的風起雲湧有所準備。「我們想讓大眾開始擁有另一種思維，開始學習如何使用量子計算機編程。」
天壤之別的計算機
量子計算機和傳統數字計算機是完全不同的。
拿傑瑞·周的話講，傳統經典的計算機，只能識別兩個狀態，0或1，或者說開或關。量子計算機所運用的是一種把0和1相結合而形成的複合狀態。在某一時間點，這個狀態可能是1也可能是0，或者是他們兩者之間的某個狀態，也可以說這種狀態是一種即是1又是0的不確定狀態。
IBM量子運算雲服務的軟體界面
這種複雜的狀態被稱為「量子糾纏態」，一些知名的量子演算法都用到了它。
這裡有必要解釋一下數據傳輸過程中的糾錯功能，這也是IBM研究團隊解決的最困難的問題之一。畢竟，量子計算機的糾錯計算要比傳統計算機複雜太多。
現代儲存與通信系統，一旦離開了糾錯功能，都將無法運轉。核心解決辦法是在保留原數據結構的基礎上，添加用於糾錯的冗餘信息，這樣就可以很容易的判斷數據是否損壞，而且在可能情況下利用冗餘數據進行修復，而避免讓對方重新發送。
傳統通信中的常用的方式是抓取一組數據，比方說4個，通過對它們執行一系列的數學運算（通常是異或運算），來生成一個額外數據。一共5個數據同時發送給接收者後，再執行相同操作。
接收方執行相同操作後，是否得出了相同的第五個數據，即可判斷原有4個數據中是否存在錯誤。因為計算順序是已經預先設定好的，一旦出現錯誤，也可以通過第五個數據來進行修復，而代價僅僅是佔用四分之一的信道容量，就可換取幾乎沒有錯誤的數據傳輸。
當然，這背後需要大量的數學計算細節來支撐，但你只要明白它確實管用就好了。舉個例子，在微波通訊領域，沒有這種糾錯演算法的情況下，數據傳輸的錯誤率可能在十億分之一，而一旦開啟了糾錯，錯誤率會降低到萬億分之一，這就是差別。
然而，上面所講的只是在傳統通信和計算領域，下面，歡迎來到量子世界，一個完全不同的世界！
opengl
能在上面運行了嗎
實際的用途嘛。。。
運算速度很快。直觀的體會，大概就是以前需要花費幾十年暴力破解的加密手法，現在幾十天甚至幾天就能搞定。
另外，各種需要硬算的參數會在短時間內極大的豐富起來。讓理論更快的應用到實際中來。
而在理論層面，可能會間接的證明多元宇宙的存在。
最後一點我個人更中意啊！！即使能夠建立出實用的量子計算機（現在的「量子計算機」我沒看到有什麼實際用處），計算能力也不會比現在的計算機強。計算機的計算能力只由它能使用的存儲有關，擁有無限存儲的通用圖靈機的計算能力是理論上限。
如果真的能夠建立出實用的量子計算機，它解決「部分問題」的速度會大幅度提升。對密碼學的顛覆將是翻天覆地，因為大數分解和離散對數是有有效的量子演算法的。用量子計算機對量子過程做模擬計算也會比現在快。有了實際的應用，對量子演算法的研究肯定會加大力度，到時候應該會有很多有趣的新演算法，雖然現在已經有很多有趣的演算法了。
有人以為有了量子計算機就不必研究NP問題了，我在一些比較認真的科普讀物上看過類似的觀點。拜託，你以為量子計算機就是非確定性圖靈機嗎？我沒聽說過哪個量子演算法能解NP完全問題的。量子計算機在物理上是怎樣實現的？想製造出來請先對現在的集成電路製造工藝顛覆一遍在說吧。量子門能縮小到納米，微米尺度嗎？我不相信你幾個門就能比現在的計算機更厲害。
回答的大概都是物理專業的吧。但計算機作為人類智慧的結晶，離不開大規模集成電路工藝的強力支持，這是它的物理可實現。
我們可以回顧一下現代計算機的路線圖。一開始用的電子管。電子管早都製造出來了，但因為科技樹落後的原因，人類並不知道其原理。到後來，量子力學——》能級理論——》晶體管——》大規模集成電路製造技術——》現代計算機。沒有量子力學，即使有了馮諾依曼的理論，計算機仍得是那麼大，而性能又是那麼差的。
相比量子門，晶體管可以算是一個非常簡單的東西了。而因為量子門太大，量子計算機即使製造出來，也不過有幾個量子門。幾個量子門又能計算什麼東西？它的價格，運算速度，性能什麼的和現代計算機完全沒法比。這個和人類第一台計算機ENIAC很相似，但現在人類有更厲害的計算機了，要他何用？
量子計算機要想集成更多的量子門，以現有的科學技術達不到的。想要實現這些突破，我認為，必須在基礎物理學上取得重大突破，重大到牛頓，愛因斯坦，量子力學的程度。
當然更好的計算機還有另一條路，那就是突破馮諾依曼的理論。
這只是我的經驗主義論斷，歡迎科學家們打我的臉！
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你們對工程和應用了解的太少了，來文章打你們的臉，潘校說的我全部認同。
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【聚焦】專訪潘建偉（874校友）：通用量子計算為時尚早12月11日，英國物理學會新聞網站《物理世界》（Physics World）評選的2015年度國際物理學十大突破揭曉，中國科學技術大學物理學家潘建偉（874校友）和陸朝陽（007校友）因首次實現同時傳送一個基本粒子(光子)的兩個內秉屬性的工作入選，並位列榜首。據悉，這是在中國本土完成的工作第一次獲此殊榮。
以下專訪轉載自公共賬號《知識分子》
《知識分子》：你們什麼時候知道被評為2015年度國際物理學十大突破的？
潘建偉：大概十天前，《物理世界》發郵件告訴我們，我們進入了Top 10的名單，但是否能夠成為最後的winner，還是要保密，讓我們先等著。又過了幾天，他們告訴我們，經過多次討論選擇了我們的工作。今天（編者註：12月11日）《物理世界》的總編Hamish Johnston博士跟我們做了一個在線訪談，在Youtube上直播。
《知識分子》：你們為何能夠最後拔得頭籌？
潘建偉：《物理世界》在評選前十的時候，它有一個選擇的標準，首先在物理上非常重要，最好是理論和實驗相結合的，所有物理學家，整個領域的人都非常感興趣，還有一項是在知識上有重大的進步。
我想可以從兩個方面理解我們的工作：
從基礎研究的觀點來看，我們首次證明了一個粒子所有的性質在原理上都可以通過量子糾纏傳到很遠的地方。對量子隱形傳輸來說，真正要傳輸一個微觀粒子的狀態，需要把一個微觀粒子所有的性質都傳過去。
1997年我還是學生時，跟我的導師Anton Zeilinger做過一個實驗，實現了基本粒子單一自由度的傳輸。但是，在那個實驗里我們只能傳輸一個微觀粒子的某一個性質，其他的性質都被破壞了，沒辦法把一個微觀粒子所有的性質都從一個轉移到另一個粒子上去。
在這項工作中，我們首次實現了單光子多自由度的量子隱形傳態。從基礎研究的觀點來說，我們首次證明一個粒子所有的性質在原理上都是可以被傳過去的，所以《自然》雜誌稱之為「Reaching bottom, laying foundations」。
另外從技術的角度來看，量子隱形傳輸在將來的量子計算機和量子通訊的研究中是一個非常基本的操作。無論是量子計算機還是量子通訊，主要就是一個微觀粒子的信息的傳輸，走完就處理一下再把它送到另外一個地方。所以，量子隱形傳輸在量子計算機和量子信息的領域是一個很重要的技術手段。
《知識分子》：您是什麼時候從量子傳輸開始感興趣的？
潘建偉：這個很有意思。我在1996年出國到奧地利的時候，本來是要做理論的。我的導師給我幾篇關於貝爾態測量的文章，讓我看一看。
我推導的過程中覺得很奇怪：為什麼對兩個粒子處理的時候，一個粒子的狀態就跑到另一個很遠的粒子上面去了？我當時以為有了重大發現，就趕緊要求做一個報告。
實際上，那個方案早在1993年的時候，就有別的科學家就提出來了。當然這說明我當時在國內有點孤陋寡聞。所以，當我對組裡十多個人作了報告之後，大家覺得很奇怪，這個人怎麼這麼傻，把組裡所有人召集到一起，重新講了一個所有人都知道的事實。但是，我的導師Anton Zeilinger很興奮，他說建偉，來來來，我們正在做這個實驗呢！
我是後來才知道這個方案早在1993年就提出來了，但是我自己在1996年從頭演算推導的時候，就好像是再發現一樣，我覺得特別有意思。後來我就加入實驗團隊開始做實驗了，大概一年半之後我們就把實驗做出來了。
所以感興趣是一個偶然的機會，我就相當於自己獨立把這個方案發現了一下，在組會裡講的時候，其實我後來回想了一下當時還是挺糗的。當然，這也說明當時國內的最新期刊和文獻的流通不是特別暢通。
《知識分子》：剛才您講到多自由度隱形傳態的技術價值。它具體有哪些應用潛力？
潘建偉：我們在做一個量子計算時，需要把很多的量子比特，每一個量子都可以看作一個比特，每一個量子都需要對比特之間進行一種邏輯操作，我們叫做與門（AND gate）、非門（NOT gate）、與非門（NAND gate）等。
進行這個操作的時候，我們又不想把量子的狀態給摧毀了，就需要做一個所謂的「未破壞的測量」。因為光子和光子之間是基本上沒什麼相互作用的，那麼你怎樣才能把兩個光子耦合起來？我們就需要進行這個量子傳輸（teleportation）的操作。Teleportation操作的好處就是：我既能把這個邏輯操作給做掉，又不會對這個量子發生摧毀性的影響。
在這個的過程中，我們把一個量子的狀態傳給下一個量子，這在量子計算中是一個關鍵、基礎的單元，相當於我們搭積木的一個最小的小磚塊。所以，它在裡面起到這麼一個關鍵的作用，像磚塊一樣，是量子計算的基本單元。
《知識分子》：您也肯定聽說了谷歌最近公布的一個消息，他們最近改造了D-Wave量子計算機，將某種演算法精進之後，解決了有大約1000個變數的組合優化問題，發現與普通計算機求解同一問題相比，該處理器內核的解題速度最高快1億倍。
潘建偉：D-Wave是加拿大的一家量子計算機公司。他們的量子計算機賣得比較貴，很簡單的一台售價要一千萬美金，全世界只賣掉過幾台。
前一兩年大家在做檢驗的時候，沒有發現它比傳統的計算機算得快，後來谷歌又買了一台新的，之後加上一些新的演算法設計，他們12月初宣布，在某個特定的功能上比傳統的計算機快一億倍。
谷歌的這篇文章剛剛放到網上，我們正在研究。參與谷歌這個項目的科學家裡有我們一個合作者John Martinis，他是加州大學聖芭芭拉分校的教授。我認為這個結果是比較可靠的。
不過，現在說的量子計算機還都不是通用的量子計算機。造一種量子計算機來解決某一個問題的時候，比現在的傳統計算機要快，而造另外一種量子計算機的時候來做另外一個事情，可能又比一個傳統計算機快。也就是說，現在的量子計算機只能做某一種事情，不能解決所有的問題。
在國內，我們的團隊也在三個最有前途實現可實用量子計算機的方向努力推進：光學量子計算、超冷原子量子計算，還有超導量子計算。
其實目前我不太願意把這個叫做量子計算，更願意把它叫做量子模擬。谷歌文章的標題為「What is the Computational Value of Finite Range Tunneling?」，標題里含有計算，但裡面的內容還是量子模擬（quantum simulation）。
什麼叫做模擬？模擬只是對某一種計算功能算的比較好，而量子計算應該是所有的東西都算的比較快，所以我願意把它叫做模擬。量子模擬機在很多領域都已經有潛在的重大應用價值，它會比量子計算機更早出現。
《知識分子》：怎樣才能做到真正的通用計算？
潘建偉：現在談通用量子計算還是太早了。量子計算現在主要的困難是，製備出量子糾纏之後，量子不僅可以處於0的狀態，也可以處於1的狀態，甚至可以處於0+1的狀態，一旦遊離微觀客體，它可以同時處於兩個狀態的相干疊加的時候，周圍環境的雜訊就很容易對它產生影響。
所以計算時要保證不出錯，需要保證很好地屏蔽掉環境雜訊。這個是目前量子信息研究中最難的問題。在各種物理體系，需要首先解決真這個問題，實現高精度的量子操作、容錯的量子糾錯，才能真正談通用量子計算。
《知識分子》：我國的第一顆「量子科學實驗衛星」明年就要發射了。發射量子衛星的目的是什麼？
潘建偉：我們發射量子衛星，主要是基於這兩方面的考慮，一方面是應用，一方面解決一些和基礎研究相關問題。
因為量子的信號會處於0+1這種狀態，這種信號就沒辦法被放大、複製。如果用光纖來做，信號傳輸大概100公里，就會被光纖吸收，根本做不下去。
為了讓量子通信成為造福人類的實用技術，我們有兩種解決的途徑：
實用級聯的量子態隱形傳輸，就是每隔一段距離我們設置一個信號中轉站。這個技術還在發展，我們也正在地面做這方面的工作，但是我認為這個技術在10年之內不太會有實用的價值。
另外一個，也是利用量子衛星。我們發現，光子的信號在穿過整個大氣層之後，只有20%左右的信號會被損失掉，80%的光都可以從天上直接到達地面。從北京到上海之間傳送密鑰，按照我們現在的計算，做的比較好的話，我覺得做到每秒幾兆都沒有問題。這樣一來，我們就可以視頻通話、打電話。
第二就涉及到量子糾纏的概念。量子糾纏又被認為是遙遠的地點之間詭異的互動。我們有了衛星之後，就可以在宏觀的距離上檢驗所謂的量子力學的非局域性（non-locality）。
物理學大家追求pushing the limit, 要不就無窮大，要不就無窮小。當你有一種新的能力時，到達新的尺度區間里，如果你發現對現有物理學偏離的話，新的物理就誕生了。
對量子糾纏而言，在宏觀的大尺度距離上，會不會有什麼變化，會不會受到引力的干擾，實驗上還是未知的。這樣，在衛星的幫助下，我們就可以對物理學的一些基本問題做一些基本探索和檢驗，如果做的比較好，有可能發現一些新的物理。
量子計算機和可控核能就是第四次工業革命！
我知道的就是計算速度會指數倍提高：
每一個bit不再是0或1，而會是既是0又是1。拿10個bit舉例0100010011隻能攜帶這一個信息，而量子計算機將會攜帶21o個信息。
實際上，量子計算機對普通大眾就一句話就能解釋清楚了：並沒有什麼用。
完全不能取代你的普通電腦，掃個雷都不行。
不能提高遊戲幀數。
並不能有智能二次元老婆。
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