量子計算機已經成為現實了，但是距離實際應用還有很長很長的路要走。不過不用擔心，真正學過量子計算之後，你就不會對量子計算機的發展有什麼期待了。

疊加

量子計算機並不是直接計算答案，而是在所有有可能的答案裏，隨機挑選一個答案出來。

疊加態的存在，讓量子計算能夠表示這些所有可能的答案。

在量子的世界，粒子的狀態大多不是簡單的 0 和 1，而是處於 0 和 1 之間的某種狀態。這個就是疊加態，也叫作一個量子比特。

一個量子比特處於什麼狀態，是需要測量才能知道的，但是測量結果不能是中間狀態，只能是 0 或者 1 。這個結果是隨機的，我們只能知道得到每種結果的概率是多少。

兩個比特能表示四種結果。但是如果我們需要同時操作這四個結果，在經典的世界，我們就要操作八個比特，但是在量子的世界，就只需要操作兩個量子比特。這是計算能夠加速的其中一個因素。

不過，如果我們沒有辦法控制這些隨機的結果，就只會得到一堆隨機的亂碼而已。

糾纏

隨機測量得到的結果幾乎肯定是錯的。我們要在測量之前，操作這個量子系統的狀態狀態，把得到錯誤答案的概率降到最低。

一對糾纏的粒子，測量出來的狀態，總是會呈現出某些關聯。例如「結果必定相反」、「結果必定相同」、「結果有90%的可能相同」。

這種關聯，並不是在製作糾纏粒子的時候決定好的，我們可以在製作了兩個糾纏粒子之後，才按照情況改變觀測方法，控制兩個粒子的關聯程度，調整結果相同或相反的概率。

在量子計算，糾纏的作用就是能把多個的分開的量子比特變成一個整體。這麼一來，操作其中任何一個量子比特，都相當於操作整體的狀態。

疊加和糾纏，都體現了量子計算的一個特點：我們必須在對量子系統的內在一無所知的狀態下，操控量子系統的整體狀態。

這種一無所知，其實有着莫大的好處。因為我們不知道系統內部是哪一種狀態，所以必須要在考慮所有狀態的情況下對系統進行整體操作。量子的物理性質會幫我們把整體操作應用到所有可能存在的狀態上，實現加速。

具體能加速多少，就看我們能想出什麼操作來提升測量出正確答案的概率了。這是量子計算最困難的部分。據我所知有兩種主要流派，分別類似 Grover’s Algorithm 和 Shor’s Algorithm。

• Grover’s Algorithm 會不斷對整體系統驗證答案。
  • 應用範圍很廣，但加速程度有限，不一定比優化過的普通經典算法快。
• Shor’s Algorithm 會大批抵消錯誤的答案。
  • 雖然快得出奇，但只對和週期有關的數學問題有效。

所以，量子計算機不僅還要過很久才能實現，就算實現了，對大部分的問題也沒有什麼驚天動地的效能改善。