大家好，我是Harry.。
今天我们聊聊一个有趣的话题，量子计算。字数真的不多，希望你们可以在5分钟内读完！
什么是量子计算
在本科的时候我的专业是电子科学与技术，有幸学过初级的量子力学（教材应该就是这本），异常痛苦，你们熟悉的薛定谔、猫（薛定谔的猫）、态函数等等里面都有，我还依稀记得期末考试总共就4道题，第一大题的第一小题好像是证明n维无限深势井下薛定谔方程。虽然12年过去了，但印象特别深，因为......完全看不懂，但是人家考试过了。还记得当时的课堂老师是一个刚来不久的女老师，她说如果物理学是一场舞会，那么量子力学就是这舞会上最耀眼、最闪亮、最奢华的礼服，虽然我并非从事相关的科研工作，但这句话多年以来我一直记得。同样记得的还有当时系上有一个喜欢这位女老师的男同学，他个子不高，每次都会坐在第一排，手里拿一把扇子。有时他心情好的时候就会“唰”的一下将扇子甩开，现出扇面上的那四个字：“箫短情长”。
言归正传，自然界遵循量子力学定律（例如咖啡因这种分子），这是物理学的一个分支，它探索物理世界如何在最基本的层面上工作。在这个级别上，粒子以奇怪的方式运行，同时承担多个状态，并与其他非常远的粒子相互作用。量子计算利用这些量子现象以新颖且有前途的方式处理信息。如果将我们今天使用的电脑称为经典计算机（始于1950年代），几十年来他们一直是这个世界的动力。但是传统计算机无法解决一些需要巨量算力的问题，例如一杯咖啡中的咖啡因分子，它们不能够模拟咖啡因并充分了解其详细的结构和性质，而这恰恰是量子计算有可能解决的挑战。
量子理论是在二十世纪初发展起来的，它通过成功解释原子和电子等微小粒子的奇怪行为，彻底改变了物理学和化学。在二十世纪后期发现它不仅适用于这些粒子，而且适用于信息本身。这导致了信息处理科学和技术的革命，为新型计算和通信打开了大门。量子信息的基本单位称为量子位（Qubit），用于存储和处理量子位的机器称为量子计算机。
经典计算机以比特（Bit）编码信息。每个位可以取1或0的值。这些1和0作为开关，最终驱动计算机里的各自功能。而量子计算机是基于量子比特（量子位）的，量子位根据量子物理的两个关键原理进行操作：叠加和纠缠。
简单来说，叠加意味着每个量子位可以同时代表1和0。纠缠意味着叠加中的量子比特可以相互关联；也就是说，一个人的状态（无论是1还是0）可以取决于另一个的状态。利用这两个原理，量子位可以作为更复杂的开关，使量子计算机可以解决当今计算机难以解决的难题。
叠加。每个量子位可以处于0的状态、或者1的状态、或者叠加态。叠加态是0态和1态的任意线性叠加，它既可以是0态又可以是1态，0态和1态各以一定的概率同时存在。处于0的状态有时被称为基态，因为在包括我们在内的量子计算的许多物理实现中，它是能量最低的状态。
纠缠。每个量子位通过测量或与其它物体发生相互作用而呈现出0态或1态。纠缠这种特性并不存在于目前的经典系统中，并不像“叠加”那样好理解。量子纠缠是粒子在由两个或两个以上粒子组成系统中相互影响的现象，虽然他们在空间上可能是分开，甚至相距遥远。当其中一个粒子被测量或操作而状态发生变化，另一个也会即刻发生相应的状态变化。虽然爱因斯坦将量子纠缠称为“spooky action at a distance”，但这里面其实没有“主观的行动”，只是体现了两个量子比特随机行为之间的相关性。而这种相关性只能再比较了两次的观察值之后才能被识别到。在纠缠状态下，虽然系统局部可能不能被确定地描述，但整个系统是可以被确定地描述的。量子计算机以纠缠态存在的能力是其额外计算能力的重要组成部分，也是量子计算区别于其他经典计算的地方。
量子比特可以同时存储0和1，考虑一个N个物理比特的经典存储器，则它只能存储2^N个可能数据当中的一个，而如果是量子存储器，则它可以同时存储2^N个数，而且随着N的增加，去存储信息的能力指数上升，例如一个250量子比特的存储器（由250个原子构成）可能存储的数达2^250个，比现有已知的宇宙中的全面原子数目还要多。
想象一下包括2位经典比特的存储器，它可以代表00，01，10，11这4个二进制数中的任意一个，而2位的量子位存储器则可以同时存储这4种状态的叠加状态。
数据的存储是一方面，数据的计算是另一方面。由于数学操作可以同时对存储器中的全部数据进行操作，因此，量子计算机在实施一次的运算中可以同时对2^N个输入数进行数学运算。其效果相当于经典计算机重复实施2^N次操作，或者采用2^N个不同的处理器实行并行操作。量子计算机可以节省大量的运算资源，理论上极大地提高运算效率。
首先，原子改变能量状态极快——比现在最快的经典计算机(CPU)都要快得多。其次，考虑到问题的类型，每个量子位能代替一个完备的处理器——这意味着1000个钡离子能代替一个有1000个处理器的计算机。现在的关键问题是要找到量子计算机能够解决的合适问题。如果试图把量子计算机做成适合日常使用的放在我们桌面上的计算机是不太现实的，因为它们不是很适合做类似文字处理和收发E-mail的工作（HH：很显然这与量子纠缠没什么关系）。大规模的加密术或许是量子计算的很好思路。另外，大规模数据库的建模和检索也是量子计算机能胜任的工作。
IBM Quantum Experience
这里真的不是打广告，IBM是将量子计算商用并开放给公众使用的先驱者之一。去年IBM在Yorktown的实验室构建了5个量子位的量子计算机，并通过互联网将这个量子计算机的图形化程序编写能力开放给公众使用（后来好像还开放了16位和20位的），我们可以在线上直接申请，开始体验量子计算的编程。不能光说不练，我也上去体验了一把，网址如下：
（https://quantumexperience.ng.bluemix.net/qx/editor）
在里面我们可以看到有不同数量量子位的计算机信息，有20位的、16位的，以及我使用的5位的：
而用户可以通过Quantum Composer这个图形化的界面来编写一个量子处理器：
通过将控件拖拽的方式完成一小段算法的构建。无奈我个人觉得尚且难以理解，当下也没有时间去深究，所以把标准答案先贴出来看看......惭愧惭愧
Deutsch-Jozsa算法
Shor算法
那么问题来了。
非对称加密技术的数学难题是大数的因子分解，不能破解的理论依据是计算机不能在合理的时间内计算出密钥的值，使得破解成本高于被破解的信息所带来的价值。按照现在的算法，破解1024位密钥的非对称加密可能需要超级计算机运算数十年至数千年。而量子计算从理论上说，破解1024位密钥的非对称加密只需要几秒钟，这导致非对称加密算法不能破解的理论依据不再成立。
那么现在的区块链呢，作为目前“最强的盾”，在可以预见的未来，能否经得住量子计算这个新的“最强的矛”呢？是否也需要量子密码术或抗量子密码技术来构成量子区块链呢？那万一对面的破解工具是基于量子机器学习的呢？
呵呵。
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