今年是英特尔 4004 诞生 50 周年，它是世界上第一款微处理器，也是一项继续以惊人速度发展的工程成就。借助摩尔定律和丹纳德缩放的成功，今天的计算机使过去处理器的突破相形见绌。事实上，你现在使用的手机或平板电脑比世纪之交的超级计算机拥有更多的计算能力。将这种处理能力与机器学习和其他算法突破的迅速崛起相结合，我们即将进入2017 年图灵奖获得者所说的“计算机架构的新黄金时代”。

虽然到达这一点并非易事。在过去的几十年里，物理学、计算机体系结构和软件设计领域最杰出的人才需要联合起来，利用和控制电子的经典特性进行计算。他们一起围绕数十亿个数字 0 和 1 构建了一个完整的生态系统，涵盖从算法到编译器、微处理器到数字门的整个堆栈。

在启动我们的高端 PC 或不断检查我们的手机时，我们可能认为理所当然的是数十年研究、实施和迭代的结果，并且很可能会持续到可预见的未来。

或者会吗？

量子计算硬件：

IBM（上）和微软（下）

同时，量子计算机很可能不会取代经典机器，而是与经典计算机一起工作以加速某些应用程序。这类似于当今通常使用 GPU 来加速图形和像素操作的方式。为此，量子计算硬件通常被称为 QPU 或量子处理单元，并且将由/将受主机处理器（例如 CPU）控制。事实上，量子算法通常涉及经典的预处理或后处理，并且需要以这样的方式构建，以便作为经典系统的协处理器运行。

正如科学家和从业者齐心协力带领我们进入当前的信息时代一样，他们必须再次为量子计算机这样做。然而，这一次，挑战不是利用和驯服电子的经典特性，而是控制我们宇宙的量子特性并将其用于计算。

这场量子之旅将带我们回到 20 世纪更早的时候，回到阿尔伯特·爱因斯坦和尼尔斯·玻尔之间关于我们都生活的物理世界的性质的思想分歧。

2 分钟解释量子计算......

现代计算机只使用两种状态：开和关（1 和 0）。我们已经利用这些功能大规模地进行逻辑运算，现代处理器每秒可以执行数十亿次这样的运算。

量子计算改变了范式，并根据量子力学原理工作，其中状态不再是二进制的，可以同时为 1和0。量子计算的研究还处于非常早期的阶段，我们今天可以进行的计算不稳定且容易出错。相信在未来几年和几十年，量子计算能力将远远超过我们用“经典”计算机所能做到的，特别是解决某些当今处理器非常具有挑战性的计算问题。

但是，当然，这几乎没有掌握基础知识。继续阅读我们解释这个引人入胜的话题。

理解量子计算机的“量子”

在深入研究量子计算机的工作原理之前，需要简要介绍一下粒子的量子性质。量子特性与经典特性截然不同，正是这些特性为量子计算机提供了“强大”的计算能力。我们没有推导出控制量子计算机的公式，而是试图在这里掌握对量子特性的概念性理解，这有助于推动量子计算机。

历史

1927 年，索尔维会议在比利时布鲁塞尔召开。当时最伟大的物理学家齐聚一堂，讨论新形成的量子理论的基础。29 位与会者中有 17 位是或成为诺贝尔奖获得者。这场历史性会议的核心是两个观点相互冲突的思想：新成立的量子理论的拥护者尼尔斯·玻尔和致力于揭穿量子理论“完全错误”的阿尔伯特·爱因斯坦。

在为期一周的会议中，爱因斯坦将在玻尔提出挑战和思想实验，内容是寻找量子理论中的缺陷。每天，玻尔和同事都会研究每一个挑战，并在第二天早上吃早餐时向爱因斯坦提出反驳。玻尔甚至有一次用爱因斯坦的相对论来对付他。在会议结束时，人们认为玻尔赢得了争论，为爱因斯坦的每一个挑战提供了反驳。

然而，爱因斯坦仍然不相信。尽管玻尔做出了回应，但爱因斯坦现在认为量子理论一定缺少一些东西。1933 年，爱因斯坦在新泽西州普林斯顿定居，并招募了 Nathan Rosan 和 Boris Podelsky 来寻找量子力学的潜在缺陷。他们一起工作，发现了量子物理数学中的一个悖论！爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论（或 EPR 悖论）发现了粒子之间看似不可能的联系。具体来说，他们发现距离较远的两个粒子可以在现实世界中表现出相关和匹配的行为。

例如，假设两个粒子各自隐藏在相隔一定距离（例如，一米）的单独杯子下。根据数学，揭开并观察一个杯子下面的粒子会神秘地揭示第二个杯子下面具有匹配特性的另一个粒子。爱因斯坦有句名言：“幽灵般的远距离行动”。事实上，EPR悖论论文是爱因斯坦被引用最多的工作，后来许多物理学家和实验家试图解决和解释这个悖论。有没有实验可以证明爱因斯坦或玻尔是否正确？