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近日，在安徽合肥本源量子实验室一楼展示大厅，4台近2米高的“中国造”量子计算机亮相，让观众零距离了解现实版《流浪地球2》中的量子计算机雏形。
要了解量子计算机，首先要知道量子是什么？一份一份的、不连续的称之为量子化。量子化的微观粒子就是量子。量子的概念最早出现在科学家解释黑体辐射的理论中。德国物理学家普朗克提出了量子化的观念。他认为微观世界中电磁波绝不是连续的，应是一份一份的。美国物理学家密立根通过油滴实验证明了电荷并不是连续的，而是量子化的，每一份就是一个元电荷，任何电荷所带电荷量均应是元电荷电荷量的整数倍。
那么，什么是量子计算机呢？量子理论与计算机相结合，就有了量子计算机。量子计算机是基于量子理论进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的高新科技产品。在传统计算机中，基本信息单位为比特，运算对象是各种比特序列。与此类似，量子计算机也有自己的基本单位——昆比特。昆比特又称量子比特，运算对象是量子比特序列。
20世纪80年代初期，贝尼奥夫首先提出了量子计算的思想。1982年，费因曼发展了贝尼奥夫的设想，提出量子计算机可以模拟其他量子系统，这被认为是最早量子计算机的思想。随后，在1994年，彼得·秀尔提出了量子质因子分解算法，这是量子计算机领域研究的一个阶段性跨越。
量子计算机的主要特点是运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。与一般计算机比较起来，信息处理量愈多，对于量子计算机实施运算也就愈加有利，也就更能确保运算具备精准性。
当前，量子计算机研制方面取得了重大进展。2017年，谷歌在53个量子比特的超导计算机上进行了随机量子线路模拟。2020年，潘建伟团队在光量子计算机“九章”上进行了大规模高斯玻色采样。2021年，潘建伟团队成功研制出全球超导量子比特数量最多的量子计算原型机“祖冲之号”,实现了可编程二维62比特量子处理器上的量子行走。美国研究人员首次利用量子计算机模拟出“全息虫洞”，相关研究成果于2022年12月1日以封面文章形式在国际期刊《自然》发表。可以看出，经过多年的量子信息技术发展，量子计算机正在稳步前进。
20世纪，物理学天空中最闪亮的几颗新星之一当属量子力学的提出与发展。与此同时，电子计算机的诞生也深刻地改变了世界。量子力学与计算机科学在20世纪80年代开始结合，并诞生了一个多学科交叉与融合的新学科方向——量子计算。它在备受关注中快速发展，并有可能产生足以改变传统计算模式，从而对人类文明产生巨大推动的计算工具——量子计算机。
量子计算机受到广泛关注的主要原因，是它有可能突破当前经典计算机的算力极限，有望解决一些经典计算机难以解决的问题。虽然在量子计算机领域已经获得了大量的可喜成果，但是我们还有很多未知的知识需要不断探索与发现。
（第一作者系西北师范大学教授、博士生导师，第二作者系西北师范大学研究生）
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