质因数是什么（质因数是什么概念）

何谓量子计算机？简单来说，量子计算机就是运行量子比特的计算机。其基本原理主要为量子比特、量子态叠加、量子纠缠、量子并行等4大“金刚”原理。什么是量子比特？这涉及到所谓的量子态叠加，大体是这样的意蕴——普通计算机只能识别两个比特状态0和1，在同一时间，要么是0，要么是1。而量子计算机则可以既是0，也是1，还可以是两者的任意叠加态，也就是说它可以处于一种不确定的状态，这就是量子比特的基本属性。

　　何谓量子计算机？简单来说，量子计算机就是运行量子比特的计算机。其基本原理主要为量子比特、量子态叠加、量子纠缠、量子并行等4大“金刚”原理。

　　什么是量子比特？这涉及到所谓的量子态叠加，大体是这样的意蕴——普通计算机只能识别两个比特状态0和1，在同一时间，要么是0，要么是1。而量子计算机则可以既是0，也是1，还可以是两者的任意叠加态，也就是说它可以处于一种不确定的状态，这就是量子比特的基本属性。

　　电子计算机的计算过程是这样的：比如你从存储单元调入两个比特0和1，送到CPU那儿然后相加，计算后得出的结果只能是1。如此而已，非常简单！但使用量子计算机进行计算就要麻烦很多，其计算过程就相当于在电子计算机里完成了以下四个并行过程：0和1相加，1和0相加，0和0相加，1和1相加，而且最终的计算结果是不确定的，需要在1/4的概率下，通过“测量”得出一个确认性的结果。

　　如此就会发现，量子计算机即便连最简单的“1+1”都不能准确算出来，这怎么算是计算机呢？当然，经过不断改进的量子计算机可能会无限接近准确计算，但永远也实现不了百分百的计算准确，这是基于量子计算机的基本原理决定。据此，量子计算机只能舍弃准确计算这一企图。比如，你永远也不敢把导航的精确计算交给量子计算机去做，否则就有可能把导航最后扔到自己头上。因此，即便最终能够通过不断改善量子消相干等纠错容错技术，提高计算准确的概率，量子计算机的计算机称谓也是名不副实，量子计算机更应该称之为概率机。那么，量子计算机真的就没有什么优点了吗？

　　尽管有上述计算上的缺陷，但对于量子计算机这一种新兴的事物，我们不能一棍子打死，要尽可能从各个角度找出它的优点所在，正方向不行，我就想办法从反方向多角度分析：量子计算机尽管不能实现通常的正向准确计算，那么，或许它会不会在统计概率计算或反向计算有自己的特长呢？还真有这个可能。

　　量子计算机的倡导者称，量子计算机最主要的优势是可以对数据进行同时处理。量子计算机本身有着不同的偏振态，这种偏振态可以表示除了 0 与 1 之外的多组信息，量子计算机因而能够同时承载更多内容。普通的计算机单元一次只能处理一个数据，称之为 1 个比特；量子计算机则可以一次处理 1 个量子比特，这不仅是0和1的状态，而是一种叠加态，可以简单认为这是包含了多个数据，从而使处理速度大大提升。比如简单的质因数分解很容易，例如 6 可以分解为 2 和 3 两个，但如果数字很大，质因数分解就是一个很难的数学问题。1994 年，为了分解一个 129 位的大数，科学家同时动用了 1600 台高端计算机，花了 8 个月的时间才分解成功，但这个问题在量子计算机理论上只需 1 秒钟就可以破解。

　　量子计算机是如何做到这一点的呢？原因也很简单，量子计算机其实就像个高尔顿钉板。高尔顿钉板的设计者为英国生物统计学家高尔顿。如图，指的是每一黑点表示钉在板上的一颗钉子，它们彼此的距离均相等，上一层的每一颗的水平位置恰好位于下一层的两颗正中间。当你从入口处放进一个直径略小于两颗钉子之间的距离的小圆玻璃球，当小圆球向下降落过程中，碰到钉子后皆以1/2的概率向左或向右滚下，于是又碰到下一层钉子。如此继续下去，直到滚到底板的一个格子内为止。把许许多多同样大小的小球不断从入口处放下，只要球的数目相当大，它们在底板将堆成近似于正态密度函数图形（即：中间高，两头低，呈左右对称的古钟型），其中n为钉子的层数。

　　假如玻璃球是100个，那么它们最终分布到各个格子的数量就是100这个数字的加减因数。对此，量子计算机可能不会准确计算这些所有因数加起来的合是多少，但却可以一下子就能知道分布到各个格子里的小玻璃球数，即合为100的加减因数。不仅如此，它还可以通过叠加态来计算出这100个玻璃球落到到各个格子的各种不同的分布状态，统计各种分布状态的概率，包括质因数分解等，这正是量子计算机的优势所在。中国研究团队构建的量子计算机“九章”，实现了对玻色采样问题的快速求解，九章在求解5000万个样本的高斯玻色取样时，只需要200秒，其计算速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍！这个所谓的“玻色取样”与高尔顿钉板眼演示基本是一个道理，只不过此时的小玻璃球是5000万个。

　　而电子计算机就不一样了，它最擅长的就是把最终落到各个格子的玻璃球加起来，然后计算玻璃球的总和，但如果要它反过来计算各种不同分布状态的加减因数和概率，则其处理的运算速度就非常慢了，尤其是小玻璃球是大数的时候。这大概也就是许多人所吹捧的量子计算机的运算速度是电子计算机的千万倍的缘故吧！

　　假如电子计算机所擅长的数据运算是正向的因果，那么量子计算机擅长的就是倒果为因的并行运算和概率计算！举例说明，电子计算机能够准确算出“1+1=2”；而量子计算机虽然不能准确算出“1+1=2”，但是它却能快速查明“合为2的各种因子，如0、1、2等”，而这是电子计算机所不擅长的，或者说需要耗费很长时间才能计算出来。

　　量子计算机的确有它的优势所在，即使如此，它的缺陷仍然明显是很大的。首先，量子计算机不能实现通常的逻辑自洽，这使其在人类高速时代中存在很大的应用方面的隐患；其次，量子计算机虽然在某些方面的运算的确极快，但它目前无法实现类似于电子计算机的通用，量子计算机只能是在某些特殊的情况下专用设备，比如“九章”就可能只是为了“玻色取样”而设计的，除此之外它几乎什么都不会，这样的计算机除了可以彰显它在这方面的运行速度之外，基本没有多大应用价值。

　　这说明，量子计算机要让人类信服并真正进入应用领域，还有很长很长的路要走。

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