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自然光在各个方向上振动（如2） ， 通过“偏振片”（如3）的过滤后 ， 仅留下特定方向振动的“偏振光”（如4）| Wikimedia Commons
超级计算机也以处理速度快而著称 ， 但它与量子计算机不一样 。 超级计算机本质上还是以传统计算机二进制（0 与 1）为基础的 ， 运算速度依然受限于电路的性能 ， 而量子计算机完全属于另一个体系 。
量子计算机擅长解决什么问题？
正如上面所说的 ， 量子计算机最大的特点就是计算速度快 ， 太快了 。 举个例子 ， 小学的时候都学过质因数分解 ， 例如 6 可以分解为 2 和 3 两个质数；但如果数字很大 ， 质因数分解就是一个很难的数学问题 。 1994 年 ， 为了分解一个 129 位的大数 ， 科学家同时动用了 1600 台高端计算机 ， 花了 8 个月的时间才分解成功；但量子计算机理论上只需 1 秒钟就可以破解 。


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大数质因数分解是许多安全系统的基础 ， 基于此的加密算法——例如互联网应用最广泛的 RSA 加密算法 ， 则可能会因为量子计算机的研制成功而被量子计算Shor算法攻破 。
量子计算机需要安装系统吗？
量子计算机本身就是一套“系统” ， 独立的光学组件提供了硬件 ， 复杂的光路结构则决定了它的“算法” 。 例如 ， 以光子作为量子比特的量子计算机 ， 需要能够产生光子的单光子源 ， 能够改变光子状态、完成“算法”的特定光路结构 ， 还需要单光子探测器对光子的最终状态进行观测 。


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不过 ， 对于量子计算机的控制 ， 仍然需要通过电脑进行信息的输入和输出 。 就像下图这样 ， 工作人员在电脑上输入控制指令等数据 ， 数据在量子计算机控制系统中进行复杂的转换和运算 ， 最后得到的结果则会传输回工作人员的普通电脑上 。


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量子计算机的实际操作过程 | 参考文献<8>
什么是量子计算优越性？
量子计算机的理想状态则是通用量子计算机 。 这样的量子计算机将被用来解决任何可解的问题 ， 在很多领域会得到广泛应用 。 然而 ， 目前量子比特数还远远不够 ， 纠错容错技术也不够完善 ， 大大限制了计算能力 。 所以在这之前 ， 研究者们都在努力达到第一步——“量子计算优越性” 。
简单来说 ， 只要在某些特定的问题上 ， 采用无需纠错的专用量子计算机（也称量子模拟机） ， 计算（模拟）该问题的能力超越了任何经典计算机 ， 这就叫做“量子计算优越性”（quantum supremacy） 。 这在之前也被称为“量子霸权” ， 虽然听起来很有震慑力 ， 但这其实只是量子计算机发展的一个阶段 ， 还没有达到最理想的状态 。
目前 ， 世界上的量子计算机研究大多是针对用某个特定的问题 。 例如“九章号”就是专门用以解决玻色子采样问题 ， 这是用来测试量子计算优越性的热门问题 。


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通用量子计算机是未来的研究方向 | 墨子沙龙