什么是量子计算？
量子计算是使用量子理论原理的计算机科学领域。量子理论解释了原子和亚原子水平上的能量和材料的行为。
量子计算使用亚原子粒子，例如电子或光子。量子位或量子位允许这些粒子同时以多种状态（即 1 和 0）存在。
从理论上讲，相连的量子位可以“利用波状量子态之间的干扰来执行可能需要数百万年的计算”。
如今的经典计算机采用二进制方式的电脉冲流（1 和 0）来对信息进行比特编码。与量子计算相比，这限制了它们的处理能力。
要点
- 量子计算利用量子物理学中的现象来创建新的计算方式。
- 量子计算涉及量子位。
- 与可以是 0 或 1 的普通计算机位不同，量子位可以以多维状态存在。
- 随着量子比特的增加，量子计算机的能力呈指数级增长。
- 添加更多位数的经典计算机只能线性地增加功率。
了解量子计算
量子计算领域出现于 20 世纪 80 年代。人们发现，与经典算法相比，使用量子算法可以更有效地解决某些计算问题。
量子计算有能力筛选大量的可能性，并提取复杂问题和挑战的潜在解决方案。经典计算机将信息存储为 0 或 1 的位，而量子计算机则使用量子位。量子位以量子态携带信息，以多维方式连接 0 和 1。
如此巨大的计算潜力及其使用的预计市场规模吸引了一些最著名公司的注意。其中包括 IBM、微软、谷歌、D-Waves Systems、阿里巴巴、诺基亚、英特尔、空客、惠普、东芝、三菱、SK Telecom、NEC、雷神、洛克希德·马丁、Rigetti、Biogen、大众和安进。
量子计算的用途和好处
量子计算可以为安全、金融、军事和情报、药物设计和发现、航空航天设计、公用事业（核聚变）、聚合物设计、机器学习、人工智能（AI）、大数据搜索和数字领域做出巨大贡献。制造业。
量子计算机可用于改善信息的安全共享。或者改进雷达及其探测导弹和飞机的能力。量子计算有望提供帮助的另一个领域是环境和通过化学传感器保持水清洁。
以下是量子计算的一些潜在好处：
- 金融机构或许能够利用量子计算为零售和机构客户设计更有效、更高效的投资组合。他们可以专注于创建更好的交易模拟器并改进欺诈检测。
- 医疗保健行业可以利用量子计算来开发新药和基因靶向医疗服务。它还可以为更先进的 DNA 研究提供动力。
- 为了增强在线安全性，量子计算可以帮助设计更好的数据加密以及使用光信号检测系统中的入侵者的方法。
- 量子计算可用于设计更高效、更安全的飞机和交通规划系统。
40%
根据 Gartner 的研究，计划到 2025 年围绕量子计算制定计划的大公司所占百分比。
量子计算的特点
叠加和纠缠是量子计算所基于的量子物理学的两个特征。它们使量子计算机能够以比传统计算机高得多的速度处理操作，并且能耗低得多。
叠加
IBM 表示，量子位的非凡之处在于它能做什么，而不是它本身是什么。量子位将其包含的量子信息置于叠加状态。这是指量子位所有可能配置的组合。 “叠加的量子位组可以创建复杂的多维计算空间。复杂的问题可以在这些空间中以新的方式表示。”
纠缠
纠缠是量子计算能力不可或缺的一部分。可以使成对的量子位纠缠起来。这意味着两个量子位以单一状态存在。在这种状态下，改变一个量子位会以一种可预测的方式直接影响另一个量子位。
量子算法旨在利用这种关系来解决复杂问题。虽然经典计算机的位数加倍使其处理能力加倍，但增加量子位会导致计算能力和能力呈指数级增长。
退相干
当量子位的量子行为衰减时就会发生退相干。量子态可能会立即受到振动或温度变化的干扰。这可能会导致量子位脱离叠加并导致计算中出现错误。重要的是要通过过冷冰箱、绝缘体和真空室等措施来保护量子位免受此类干扰。
量子计算的局限性
量子计算为许多行业的发展和解决问题提供了巨大的潜力。然而，目前它有其局限性。
- 量子位环境中最轻微的干扰都可能导致退相干或衰减。这会导致计算崩溃或出现错误。如上所述，在计算阶段必须保护量子计算机免受所有外部干扰。
- 计算阶段的纠错尚未完善。这使得计算可能不可靠。由于量子位不是数据的数字位，因此它们无法从经典计算机使用的传统纠错解决方案中受益。
- 检索计算结果可能会损坏数据。确保测量行为导致量子态退相干成正确答案的特定数据库搜索算法等发展有望实现。
- 安全和量子密码学尚未完全发展。
- 缺乏量子位会阻碍量子计算机发挥其有效使用的潜力。研究人员尚未生产出超过 128 个。
全球能源领导者 Iberdola 表示，“量子计算机必须几乎没有大气压、接近绝对零（-273°C）的环境温度以及与地球磁场的绝缘，以防止原子移动、相互碰撞，或者与环境相互作用。”
“此外，这些系统仅运行很短的时间间隔，因此信息会被损坏且无法存储，从而使恢复数据变得更加困难。”
量子计算机与经典计算机
量子计算机具有比经典计算机更基本的结构。他们没有内存或处理器。量子计算机使用的只是一组超导量子位。
量子计算机和经典计算机处理信息的方式不同。量子计算机使用量子位来运行多维量子算法。随着量子位的增加，它们的处理能力呈指数级增长。经典处理器使用位来操作各种程序。随着更多比特的添加，它们的功率线性增加。经典计算机的计算能力要低得多。
经典计算机最适合日常任务并且错误率较低。量子计算机非常适合执行更高级别的任务，例如运行模拟、分析数据（例如化学或药物试验）、创建节能电池。它们的错误率也很高。
经典计算机不需要额外特殊的维护。他们可能会使用基本的内部风扇来防止过热。量子处理器需要受到保护，免受最轻微的振动，并且必须保持极冷。为此必须使用过冷的超流体。
量子计算机比传统计算机更昂贵且更难以构建。
2019年，谷歌证明量子计算机可以在几分钟内解决问题，而传统计算机则需要一万年。
正在开发的量子计算机
谷歌
谷歌正花费数十亿美元在 2029 年之前建造量子计算机。该公司在加利福尼亚州开设了一个名为 Google AI 的园区，以帮助其实现这一目标。一旦开发完成，谷歌就可以通过云推出量子计算服务。
国际商业机器公司
IBM 计划到 2023 年建成一台 1,000 量子位的量子计算机。目前，IBM 允许属于其量子网络一部分的研究组织、大学和实验室访问其计算机。
微软
微软通过 Azure Quantum 平台为企业提供使用量子技术的途径。
其他的
摩根大通和 Visa 等金融服务公司对量子计算及其技术很感兴趣。
最简单的来说什么是量子计算？
量子计算涉及由量子计算机进行的计算。与经典计算机完成的传统计算相比，量子计算机应该能够存储更多的信息并使用更有效的算法进行操作。这意味着可以更快地解决极其复杂的任务。
建造一台量子计算机有多难？
建造一台量子计算机需要很长时间并且非常昂贵。谷歌多年来一直致力于建造量子计算机，并花费了数十亿美元。预计到 2029 年量子计算机将准备就绪。IBM 希望到 2023 年拥有一台 1,000 量子位的量子计算机。
一台量子计算机要多少钱？
建造一台量子计算机耗资数十亿美元。然而，总部位于中国的深圳 SpinQ Technology 计划向消费者出售一台价值 5,000 美元的台式量子计算机，供学校和大学使用。去年，它开始以 5 万美元的价格出售一台量子计算机。
量子计算机有多快？
量子计算机比经典计算机或超级计算机快很多倍。谷歌正在开发的量子计算机 Sycamore 据说可以在 200 秒内完成计算，而世界上最快的计算机之一 IBM 的 Summit 需要 10,000 年才能完成计算。 IBM 对谷歌的说法提出异议，称其超级计算机可以在 2.5 天内完成计算。即便如此，这也比谷歌的量子机器慢了 1000 倍。
归纳总结
量子计算与经典计算有很大不同。它使用量子位，可以同时为 1 或 0。经典计算机使用位，只能是 1 或 0。
因此，量子计算速度更快、功能更强大。它有望用于解决各种极其复杂、有价值的任务。
虽然它目前有其局限性，但它已准备好被众多行业的许多实力雄厚的公司投入使用。