量子计算机：改变信息时代的发明（下）

（续昨）适合量子计算机处理的任务，将会是截然不同的另外一类问题。在
解决这类问题时，只要利用许多种可能的量子态组合中的一种，就能找到与问题
完全对应的答案。而其他的组合——它们代表的都是错误的答案——则像物理学
家所说的那样，必须会“消失”在正确的答案背后。这种有选择性的“消失”便
是难点所在。毕竟，一个足够大的量子计算机总是可以通过程序的编制，使其内
部的多状态原子代表所有可能的答案。但是，如果没有办法显示哪一种状态组合
与正确的答案相对应，那么这一切又有何用？
物理学家已经设想出了选出所需结果的大致办法。这个办法的基础是原子所
表现出的与其说像粒子、倒不如说更像波的性质。就像海洋中两个完全相同、但
运动方向相反的波浪相遇时一样，根据相对排列情况，处于多重状态的原子或者
互相抵消，或者互相增强。
大素数因子与加密解密
在１９９４年，美国电话电报公司研究人员彼得·肖尔发现了量子计算机可
以处理的第一种实际事务。数学上有一个较为棘手的问题是找出超大数字的素数
因子。肖尔发现，这个问题可以简化为测定某一复杂的数学序列在什么时候出现
重复。肖尔认识到，测定重复序列的工作可以由量子计算机来完成。理论上，一
台具有５０００个左右量子位的量子计算机可以在大约３０秒内解决传统超级计
算机需要１００亿年才能解决的素数问题。
眼下恰好有一项重要的用途适合这种貌似深奥的作业。通过对代表数据的代
码进行加密，计算机数据得到保护。而解密的数学“钥匙”是以十分巨大的数字
——一般长达２５０位——及其素数因子的形式出现的。这样的加密被认为是无
法破译的，因为没有一台传统计算机能够在适当的时间里计算出如此巨大数字的
素数因子。
但是，至少在理论上，量子计算机可以轻易地处理这些素数加密方案。因此
，量子计算机黑客将不仅能够轻而易举地获得常常出没于各种计算机网络（包括
因特网）中的信用卡号码及其他个人信息，而且能够轻易获取政府及军方机密。
这也正是某些奉行“宁为人先、莫落人后”这一原则的政府机构一直在投入巨资
进行量子计算机研究的原因。
量子超级网络引擎
量子计算机将不大可能破坏因特网的完整性，不仅如此，它们到头来还可能
给因特网带来巨大的好处。两年前，贝尔实验室的研究人员洛夫·格罗弗发现了
用量子计算机处理我们许多人的一种日常事务的方法——搜寻隐藏在浩如烟海的
庞大数据库内的某项信息。寻找数据库中的信息就像是在公文包里找东西一样。
如果各不相同的量子位状态组合分别检索数据库不同的部分，那么其中的一种状
态组合将会遭遇到所需查找的信息。
格罗弗还设想了使代表正确答案的量子位状态组合脱颖而出的办法。打个不
太恰当的比方，这个办法依据这样的一个事实：表示“无公文包房间”的量子位
状态——即没有发现所需数据的量子位——相互之间颇为相似，而与表示正确答
案的量子位状态有所不同，这就如同“无公文包房间”相互之间的共性总是大于
它们与遗留了公文包的那个房间的共性。由于它们之间的相似性，可以把不适合
的量子位叠加在一起，使之互相抵消，最终剩下的便是代表正确答案的一组量子
位。
由于某些技术的限制，量子搜索所能带来的速度提高并没有预计的那么大，
例如，如果要在１亿个地址中搜索某个地址，传统计算机需要进行大约５０００
万次尝试才能找到该地址；而量子计算机则需大约１万次尝试，不过这已经是很
大的改善了，如果数据库增大的话，改善将会更大。此外，数据库搜索是一种十
分基础的计算机任务，任何的改善都很可能对大批的应用产生影响。
迄今为止，很少有研究人员愿意预言量子计算机是否将会得到更为广泛的应
用。尽管如此，总的趋势一直是喜人的。尽管许多物理学家——如果不是全部的
话——一开始曾认为量子力学扑朔迷离的本性必定会消除实用量子计算技术面临
的难以捉摸而又根深蒂固的障碍，但已经进行的深刻而广泛的理论研究却尚未能
造就一台实实在在的机器。
那么，量子计算机的研究热潮到底意味着什么？计算技术的历史表明，总是
先有硬件和软件的突破，然后才出现需要由它们解决的问题。或许，到我们需要
检索那些用普通计算机耗时数月才能查完的庞大数据库时，量子计算机才将会真
正开始投入运行。（下）