Page 213 - 信息的脉络

·第三部分·
是，如何利用这个属性却不得而知。根据标准量子理论，测量量子叠加态实惠使
一种可能的状态被选中，那量子并行性如何才能发挥作用呢？在这个方面，彼得·肖
尔作出了巨大贡献，他找到了一种从这些量子路径提取少量信息的方法。
利用自主研发的量子计算机，谷歌现在已经可以证明由随机数生成的数字的
随机性。这一极端困难的计算可能需要花费世界上最快的传统超级计算机 1 万年

的时间才能完成，但这只花了量子计算机比传统超级计算机快 15 亿倍以上。谷歌
的实验可以说是一个里程碑，因为他证明了量子优越性。
中国科学技术大学（USTC）的结果引人注目是因为它们提供了令人信度的论

据，即计算机最终实现了量子优越性——在给定任务中超越可能最好的经典计算
机的能力。在最近的一次演示中，USTC 的研究人员使用了两种不同的量子计算机，
一种基于超导电路，一种基于光子干涉测量，解决了传统上难以解决的“采样”难题。
因为此，该物理学进展被美国物理学会评为“2021 年物理学十大进展”之一。我

们正在踏步走在通往量子优越性的道路上。
对于量子计算的实际应用，这里就简单介绍两个比较著名的量子算法。首
先是 Grover 算法（用于非结构性的搜寻），对于非结构性的资料传统计算机要

从中找出一笔资料必须把所有资料都扫过一遍，这样所需要花费的时间复杂度为
O(n)，而透过量子运算来跑 Grover 算法则可以把时间复杂度降到 O( √ n)，也就
是说假使某个非结构性搜寻在传统计算机上要跑 10000 秒，透过 Grover 算法只需
要 100 秒。它的原理在于透过一个 oracle function 只有在输入为要找的对象的时候
才回传 1，其余都回传 0，然后以这个 oracle function 来反转这个值得振幅，不断

重复之后要找的资料就会渐渐浮出台面，最后得到它的概率将趋近于 1。
再来介绍的是可能颠覆现有世界运作的算法 Shor 算法，Shor 算法用于计算质
因数分解，也就是密码学当中非对称式加密的重要基石，由于非对称式加密在传

统计算机上难以在短时间内破解，所以许多银行、网络系统以及区块链都采用了
非对称式加密作为最基础的认证与防护机制，一旦 Shor 算法解开了这个秘密，这
些与人们日常生活息息相关的系统将赤裸裸地被拥有量子运算能力的人完全掌控。
Shor 算法之所以能大幅提升质因数分解的速度的关键在于它能利用量子运算来快

速算出 mod 周期，进而有效率地猜测与逼近正确答案，以至于能将时间复杂度由
指数时间降到多项式时间，也就是说用传统计算机要花上数千年来运算的质因数
分解难题透过 Shor 算法只需要几分钟的时间，这正是量子计算机革命性强大威力
的最佳实例展示。

目前，主流的量子计算机的技术路线有光学、离子阱、超导电路、核磁共振、
金刚石色心和冷原子等几种，现在还不能确定哪种技术路线最好，还有可能多个

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