6、量子计算机：超越传统计算的新力量

量子计算机：超越传统计算的新力量

1. 传统二进制计算机的局限

传统二进制计算机在处理某些问题时存在显著局限。素数是大于 1 且只能被 1 和自身整除的整数，如 2、3、5 等。二进制计算机虽能对涉及素数的方程进行因式分解，甚至处理人类难以完成的大素数方程，但对于计算机加密中使用的极大素数方程，可能需要数百年到数百万年的时间来求解。

早期，为确认一个候选素数，二进制计算机需检查每个可能的数字，并与候选数之前的每个数字进行比对，这种“猜测与检验”的方法效率极低。尽管后来有了一些数学进展和算法，能让经典计算机以更少的工作量确认素数，但仍不足以轻松分解由两个极大素数组成的方程。

此外，二进制计算机无法生成真正的随机数或字符串。它们只能模拟随机数，这会给依赖真正随机数的程序带来问题。

2. 量子计算机的核心：量子比特（Qubits）

量子计算机使用量子比特（qubits）而非传统的比特（bits）。量子比特具有近乎神奇的量子叠加特性。单个量子比特仍是一个双态系统（1 和 0），但在测量之前，由于叠加原理，它可以同时处于所有可能的状态。

可以用抛硬币的例子来理解叠加原理。在足球比赛中，裁判抛硬币决定哪支球队先开球。硬币在空中时，在被“叫”（即测量）之前，有可能同时看到硬币的正面、反面和侧面。虽然最终硬币会落在一面，但在立着的瞬间，它可以被视为同时处于两种状态，这就是叠加。

与传统比特不同，量子比特在最终测量前可以同时是 1 和 0。一个量子比特可以同时处于两种状态（0 和 1），两个量子比特系统可以同时表示四种状态（00、01、10 和 11），三个量子比特系统可以同时表示八种状态（000、001、010、