什麼是量子計算？
量子計算是使用量子理論原理的計算機科學領域。量子理論解釋了原子和亞原子水平上的能量和材料的行爲。
量子計算使用亞原子粒子，例如電子或光子。量子位或量子位允許這些粒子同時以多種狀態（即 1 和 0）存在。
從理論上講，相連的量子位可以“利用波狀量子態之間的干擾來執行可能需要數百萬年的計算”。
如今的經典計算機採用二進制方式的電脈衝流（1 和 0）來對信息進行比特編碼。與量子計算相比，這限制了它們的處理能力。
要點
- 量子計算利用量子物理學中的現象來創建新的計算方式。
- 量子計算涉及量子位。
- 與可以是 0 或 1 的普通計算機位不同，量子位可以以多維狀態存在。
- 隨着量子比特的增加，量子計算機的能力呈指數級增長。
- 添加更多位數的經典計算機只能線性地增加功率。
瞭解量子計算
量子計算領域出現於 20 世紀 80 年代。人們發現，與經典算法相比，使用量子算法可以更有效地解決某些計算問題。
量子計算有能力篩選大量的可能性，並提取複雜問題和挑戰的潛在解決方案。經典計算機將信息存儲爲 0 或 1 的位，而量子計算機則使用量子位。量子位以量子態攜帶信息，以多維方式連接 0 和 1。
如此巨大的計算潛力及其使用的預計市場規模吸引了一些最著名公司的注意。其中包括 IBM、微軟、谷歌、D-Waves Systems、阿里巴巴、諾基亞、英特爾、空客、惠普、東芝、三菱、SK Telecom、NEC、雷神、洛克希德·馬丁、Rigetti、Biogen、大衆和安進。
量子計算的用途和好處
量子計算可以爲安全、金融、軍事和情報、藥物設計和發現、航空航天設計、公用事業（核聚變）、聚合物設計、機器學習、人工智能（AI）、大數據搜索和數字領域做出巨大貢獻。製造業。
量子計算機可用於改善信息的安全共享。或者改進雷達及其探測導彈和飛機的能力。量子計算有望提供幫助的另一個領域是環境和通過化學傳感器保持水清潔。
以下是量子計算的一些潛在好處：
- 金融機構或許能夠利用量子計算爲零售和機構客戶設計更有效、更高效的投資組合。他們可以專注於創建更好的交易模擬器並改進欺詐檢測。
- 醫療保健行業可以利用量子計算來開發新藥和基因靶向醫療服務。它還可以爲更先進的 DNA 研究提供動力。
- 爲了增強在線安全性，量子計算可以幫助設計更好的數據加密以及使用光信號檢測系統中的入侵者的方法。
- 量子計算可用於設計更高效、更安全的飛機和交通規劃系統。
40%
根據 Gartner 的研究，計劃到 2025 年圍繞量子計算制定計劃的大公司所佔百分比。
量子計算的特點
疊加和糾纏是量子計算所基於的量子物理學的兩個特徵。它們使量子計算機能夠以比傳統計算機高得多的速度處理操作，並且能耗低得多。
疊加
IBM 表示，量子位的非凡之處在於它能做什麼，而不是它本身是什麼。量子位將其包含的量子信息置於疊加狀態。這是指量子位所有可能配置的組合。 “疊加的量子位組可以創建複雜的多維計算空間。複雜的問題可以在這些空間中以新的方式表示。”
糾纏
糾纏是量子計算能力不可或缺的一部分。可以使成對的量子位糾纏起來。這意味着兩個量子位以單一狀態存在。在這種狀態下，改變一個量子位會以一種可預測的方式直接影響另一個量子位。
量子算法旨在利用這種關係來解決複雜問題。雖然經典計算機的位數加倍使其處理能力加倍，但增加量子位會導致計算能力和能力呈指數級增長。
退相干
當量子位的量子行爲衰減時就會發生退相干。量子態可能會立即受到振動或溫度變化的干擾。這可能會導致量子位脫離疊加並導致計算中出現錯誤。重要的是要通過過冷冰箱、絕緣體和真空室等措施來保護量子位免受此類干擾。
量子計算的侷限性
量子計算爲許多行業的發展和解決問題提供了巨大的潛力。然而，目前它有其侷限性。
- 量子位環境中最輕微的干擾都可能導致退相干或衰減。這會導致計算崩潰或出現錯誤。如上所述，在計算階段必須保護量子計算機免受所有外部干擾。
- 計算階段的糾錯尚未完善。這使得計算可能不可靠。由於量子位不是數據的數字位，因此它們無法從經典計算機使用的傳統糾錯解決方案中受益。
- 檢索計算結果可能會損壞數據。確保測量行爲導致量子態退相干成正確答案的特定數據庫搜索算法等發展有望實現。
- 安全和量子密碼學尚未完全發展。
- 缺乏量子位會阻礙量子計算機發揮其有效使用的潛力。研究人員尚未生產出超過 128 個。
全球能源領導者 Iberdola 表示，“量子計算機必須幾乎沒有大氣壓、接近絕對零（-273°C）的環境溫度以及與地球磁場的絕緣，以防止原子移動、相互碰撞，或者與環境相互作用。”
“此外，這些系統僅運行很短的時間間隔，因此信息會被損壞且無法存儲，從而使恢復數據變得更加困難。”
量子計算機與經典計算機
量子計算機具有比經典計算機更基本的結構。他們沒有內存或處理器。量子計算機使用的只是一組超導量子位。
量子計算機和經典計算機處理信息的方式不同。量子計算機使用量子位來運行多維量子算法。隨着量子位的增加，它們的處理能力呈指數級增長。經典處理器使用位來操作各種程序。隨着更多比特的添加，它們的功率線性增加。經典計算機的計算能力要低得多。
經典計算機最適合日常任務並且錯誤率較低。量子計算機非常適合執行更高級別的任務，例如運行模擬、分析數據（例如化學或藥物試驗）、創建節能電池。它們的錯誤率也很高。
經典計算機不需要額外特殊的維護。他們可能會使用基本的內部風扇來防止過熱。量子處理器需要受到保護，免受最輕微的振動，並且必須保持極冷。爲此必須使用過冷的超流體。
量子計算機比傳統計算機更昂貴且更難以構建。
2019年，谷歌證明量子計算機可以在幾分鐘內解決問題，而傳統計算機則需要一萬年。
正在開發的量子計算機
谷歌
谷歌正花費數十億美元在 2029 年之前建造量子計算機。該公司在加利福尼亞州開設了一個名爲 Google AI 的園區，以幫助其實現這一目標。一旦開發完成，谷歌就可以通過雲推出量子計算服務。
國際商業機器公司
IBM 計劃到 2023 年建成一臺 1,000 量子位的量子計算機。目前，IBM 允許屬於其量子網絡一部分的研究組織、大學和實驗室訪問其計算機。
微軟
微軟通過 Azure Quantum 平臺爲企業提供使用量子技術的途徑。
其他的
摩根大通和 Visa 等金融服務公司對量子計算及其技術很感興趣。
最簡單的來說什麼是量子計算？
量子計算涉及由量子計算機進行的計算。與經典計算機完成的傳統計算相比，量子計算機應該能夠存儲更多的信息並使用更有效的算法進行操作。這意味着可以更快地解決極其複雜的任務。
建造一臺量子計算機有多難？
建造一臺量子計算機需要很長時間並且非常昂貴。谷歌多年來一直致力於建造量子計算機，並花費了數十億美元。預計到 2029 年量子計算機將準備就緒。IBM 希望到 2023 年擁有一臺 1,000 量子位的量子計算機。
一臺量子計算機要多少錢？
建造一臺量子計算機耗資數十億美元。然而，總部位於中國的深圳 SpinQ Technology 計劃向消費者出售一臺價值 5,000 美元的臺式量子計算機，供學校和大學使用。去年，它開始以 5 萬美元的價格出售一臺量子計算機。
量子計算機有多快？
量子計算機比經典計算機或超級計算機快很多倍。谷歌正在開發的量子計算機 Sycamore 據說可以在 200 秒內完成計算，而世界上最快的計算機之一 IBM 的 Summit 需要 10,000 年才能完成計算。 IBM 對谷歌的說法提出異議，稱其超級計算機可以在 2.5 天內完成計算。即便如此，這也比谷歌的量子機器慢了 1000 倍。
綜述
量子計算與經典計算有很大不同。它使用量子位，可以同時爲 1 或 0。經典計算機使用位，只能是 1 或 0。
因此，量子計算速度更快、功能更強大。它有望用於解決各種極其複雜、有價值的任務。
雖然它目前有其侷限性，但它已準備好被衆多行業的許多實力雄厚的公司投入使用。