量子計算機通常被吹捧為下一代計算。他們依靠 量子力學- 粒子以亞原子量表的怪異行為 - 處理信息。當前，量子計算機太小，太難維護，並且容易出錯，無法與當今最好的古典計算機競爭。但是，許多專家期望量子計算到一天超過經典計算用於特定任務。
在過去的幾年中，實現量子計算的技術已經迅速發展。有一天，即使在當今最強大的傳統計算機中，他們也可能能夠解決太複雜的問題。這種巨大的性能增長可以打開許多令人興奮的用途的大門藥品，，，，氣候建模和製造業，所有這些都依賴於非常複雜的模擬。
量子計算與古典計算
經典計算機使用二進制位處理數據，可以在兩個狀態之一中 - 0或1。這些位是在晶體管上編碼的，可以用矽，鍺或其他半導體製成。
量子計算機使用的粒子，例如電子或光子作為量子位或量子位的粒子，代表0和1的疊加，這意味著它們可以一次存在於多個狀態中。 Qubits也可能是用半導體材料（例如矽）編碼，甚至超導材料，例如尖晶石（MGAL2O4）和燈籠鋁酸鹽（Laalo3）。
為了充分實現量子至上，量子計算機需要不同的算法來利用Qubits編碼和過程數據的獨特方式。科學家是開發量子算法，有較低的計算複雜性，這意味著它們需要針對常規算法的運行時間或操作數量。但是，量子算法將需要在大的，容忍故障的量子計算機上運行，尚不可用。
Qubits：Qubits是量子粒子，等效於古典計算機中的二進制位。鑑於量子位可以處於一個以上的狀態，因此，如果可以將它們縫合在一起並用於運行計算，它們的處理能力比二進制位更高。
使用量表處理數據量子門，類似於古典計算機中的二進制門。但是，與二元門不同，量子門是可逆的。一些二元門會隨著信息處理而丟失數據，但量子門將其保存。將量子門形成在一起量子電路。
疊加：量子位和二進制位之間的主要區別在於，量子位在疊加中工作，這意味著量子可以同時代表1和0。該疊加使量子計算機能夠通過同時處理量子的所有狀態並同時執行計算。
糾纏：量子糾纏是與疊加相關的現象，其中兩個亞原子顆粒（或量子計算機中的Qubit）在時空和時間上鍊接。它們在物理上是分開的，但共享信息並同時交互。無論粒子之間的距離如何，如果觀察到一個粒子，則已知另一個狀態。
量子計算機的功能有多強？
量子疊加和糾纏使量子計算機的處理潛力比古典計算機高得多。
儘管添加更古典的位雖然線性增加了計算機可以執行的計算數量，但在量子計算機上添加更多量子的計算機會呈指數級增加其計算能力 - 一旦有足夠的Qubits，就遠遠超過了經典的二進制計算機。科學家估計一台大約2000萬噸的量子計算機將實現量子至上的量，這是量子計算機解決經典計算機無法解決問題的點。
有關的：科學家只是建造了一個巨大的1,000量量子芯片，但是為什麼他們要小的10倍更加興奮？
但是，量子計算機仍然非常實驗。首先，產生Qubits的疊加以及將它們縫合在一起的糾纏非常容易被摧毀 - 因為Qubits與外部環境互動並與之糾纏。發生這種情況時，它們所攜帶的信息將丟失或損壞。這使得量子計算機極易容易出錯。為了解決這個問題，公司正在部署多種方法，例如超冷至剛上方絕對零並使用電磁體隔離量子位。
量子計算機如何工作？
量子計算機具有標誌性類似吊燈的建築，包括一系列相互連接的管子和電線，這些管子和電線載有計算機的不同層。大多數量子計算機都與大型，功能強大的冰箱相關聯，因此處理器可以冷卻到附近絕對零減輕熱噪聲和振動。因此，許多枝形吊燈的層都可以使量子處理器放置在底層附近，非常冷。
量子計算機都具有略有不同的體系結構，但是它們往往具有以下元素。
量子數據平面：量子數據平面容納量子位，並且是通過量子門處理數據的地方。固定Qubit的結構在不同類型的量子計算機之間有所不同。一些量子比固體超導體冷卻至絕對零以上。其他人使用電磁場捕獲離子， 或者充電原子在高空腔室中充當Qubits。真空壓力最大程度地減少了振動的干擾並穩定了Qubits。
控制和測量平面：控制和測量平面將數字信號從經典計算機轉換為用於更改量子數據平面中量子位狀態的模擬信號。
與量子數據平面一樣，量子計算機以多種方式（例如微波或激光器）發送信號。
控制處理器平面和主機處理器：控制處理器平面和主機處理器實現了量子算法，該算法是一系列操作，旨在在量子計算機上運行以處理數據。執行量子計算後，主機處理器最終為控制和測量平面提供了經典的數字信號。
量子軟件：將處理器輸出進入控制和測量平面需要另一個元素：量子軟件。量子計算機需要專門設計演算法，最常見的是量子電路或定義量子位上一系列量子操作的例程。量子軟件由量子算法組成。其他量子軟件用於糾正在Qubits上執行計算時生成的錯誤。
為什麼我們需要量子計算機？
從理論上講，量子計算機可能比古典計算機要快得多，並且可以同時解決多個複雜問題。他們特別有前途最佳化 任務。當問題具有大量可能的解決方案時，古典計算機掙扎或失敗。但是，量子計算機可以考慮所有潛在的解決方案，並迅速找到最佳的解決方案。藥物發現或材料科學（目前是最快的古典計算機被部署）是如何使用量子計算機的兩個例子。
量子計算機還可以改變人工智能（AI）。使用大數據集對AI系統進行了培訓，因此量子計算機可以啟用更大，更複雜的數據集用於培訓AI，從而導致越來越複雜的系統。
為什麼量子計算機很難構建？
量子計算機很細膩，容易受到外部來源的干擾，例如溫度變化或流浪顆粒。當有乾擾時，Qubits容易受到破壞的影響 - 這是量子狀態的崩潰。這種變形使量子計算機比傳統計算機更容易出錯。雖然大約有十億分之一的位數失敗，但失敗率大約是Qubits 1,000分之一。
儘管有一些方法可以保護量子系統免受外部影響，但錯誤仍然可能陷入困境。即使是單個錯誤也可能導致整個計算的有效性崩潰。而且，由於量針與位根本不同，因此常規的錯誤校正方法無效。
科學家已經製作了量子算法來補償量子計算機中的錯誤，但是這些算法需要運行量子，從而減少了處理數據的可用數量。量子力學的另一個怪異是，在疊加中直接觀察或測量粒子或原子的狀態會破壞它。這意味著研究人員必須使用棘手的解決方法來讀取輸出的量子狀態，因為直接觀察風險會破壞數據。
量子計算的含義是什麼？
一旦我們實現量子至上，量子計算機將是一項破壞性技術。但是，尚不確定科學家何時會構建一台量子計算機足夠強大（具有數百萬個錯誤校正的Qubits），到目前為止，最強大的量子計算機只有大約1,000 QUAT。
即使那樣，古典計算機仍將仍然是解決大多數問題的最簡單方法，因為它們不需要維護量子狀態。量子計算機可能僅用於解決超出古典計算機功能的問題。
但是，加密是一個可能受到影響的領域，它保護敏感數據，例如財務記錄和個人信息。現代加密方法依賴於對古典計算機無法解決的數學問題。但是，量子計算機的處理能力很容易解決。量子密碼學現在是一個新興的領域，隨著研究人員試圖開發抗量子的加密，以保護敏感數據免受未來量子計算機的破解。
