量子计算：定义，如何使用和示例

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。量子理论解释了能量和物质在原子和亚原子水平上的行为。

量子计算使用亚原子颗粒，例如电子或光子。量子位或Qubits允许这些粒子同时存在于多个状态（即1和0）。

从理论上讲，链接的量楼可以“利用其波浪状量子状态之间的干扰来执行可能需要数百万年的计算”。

如今，古典计算机以二进制方式采用电动冲动（1和0）来编码位。与量子计算相比，这限制了它们的处理能力。

了解量子计算

量子计算领域在1980年代出现。已经发现，与经典同行相比，使用量子算法可以更有效地解决某些计算问题。

量子计算具有筛选大量可能性的能力，并将潜在的解决方案提取到复杂的问题和挑战。如果经典计算机将信息存储为具有0s或1s的位，则量子计算机使用Qubits。 Qubits以多维方式以0和1的量子状态携带信息。

如此庞大的计算潜力和预计的市场规模吸引了一些最杰出的公司的注意。其中包括IBM，Microsoft，Google，D-Waves Systems，Alibaba，Nokia，Intel，Airbus，HP，Toshiba，Mitsubishi，Mitsubishi，SK Telecom，Nec，Nec，Nec，Raytheon，Raytheon，Lockheed Martin，Rigetti，Biogen，Biogen，Biogen，Biogen，Varkswagen和Amgen。

量子计算的用途和好处

量子计算可能对安全领域有很大贡献，金融，军事和情报，药物设计与发现，航空设计，公用事业（核融合），聚合物设计，机器学习，人工智能（AI），大数据搜索和数字制造。

量子计算机可用于改善信息的安全共享。或改善雷达及其检测导弹和飞机的能力。量子计算有助于帮助的另一个领域是环境并使用化学传感器保持水清洁。

以下是量子计算的一些潜在好处：

• 金融机构可能能够使用量子计算来为零售和机构客户设计更有效和有效的投资组合。他们可以专注于创建更好的交易模拟器并改善欺诈检测。
• 医疗保健行业可以使用量子计算来开发新药和遗传靶向的医疗服务。它也可以为更先进的DNA研究提供动力。
• 为了获得更强的在线安全性，量子计算可以帮助设计更好的数据加密以及使用光信号来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计划系统。
  

量子计算的功能

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，并且能耗少得多。

叠加

根据IBM的说法，这是Qubit可以做的，而不是它是显着的。一个量子放置在包含的量子信息中。这是指量子的所有可能配置的组合。 “叠加中的Qubit组可以创建复杂的多维计算空间。可以在这些空间中以新的方式表示复杂的问题。”

纠缠

纠缠是量子计算能力不可或缺的。可以使Qubits对纠缠。这意味着当时两个量子位存在于单个状态。在这样的状态下，更改一个量子会直接以可预测的方式影响另一个量子。

量子算法旨在利用这种关系来解决复杂的问题。同时，在经典计算机中的位数加倍时，其处理能力增加了一倍，增加了Qubits，导致计算能力和能力的指数增长。

腐烂

当矩形腐烂的量子行为发生时，会发生变形。量子状态可能会立即被振动或温度变化打扰。这可能会导致量子位从叠加中脱落并导致错误出现在计算中。重要的是要保护量子位免受这种干扰，例如，过冷的冰箱，绝缘和真空腔室。

量子计算的局限性

量子计算在许多行业中为发展和解决问题提供了巨大的潜力。但是，目前，它有其局限性。

• 变形或衰减可能是由于量子量环境中丝毫干扰引起的。这导致计算或错误的崩溃。如上所述，必须在计算阶段保护量子计算机免受所有外部干扰。
• 计算阶段的误差校正尚未完善。这使得计算潜在不可靠。由于量子位不是数据位，因此它们无法从经典计算机使用的常规错误校正解决方案中受益。
• 检索计算结果可能会破坏数据。诸如特定数据库搜索算法之类的发展可确保测量行为将导致量子状态将其分解为正确答案的承诺。
• 安全性和量子密码学尚未完全开发。
• 缺乏Qubits可以防止量子计算机延长其影响力的潜力。截至2019年，研究人员尚未生产超过128。

根据全球能源领导者伊伯多拉（Iberdola）的说法，“量子计算机几乎必须没有大气压力，环境温度接近绝对零（-273°C），并且来自地球磁场的绝缘材料，以防止原子相互移动，相互碰撞或与环境相互作用。”

“此外，这些系统仅在很短的时间间隔内运行，因此信息会损坏并且无法存储，从而使恢复数据更加困难。”

量子计算机与古典计算机

量子计算机比古典计算机具有更基本的结构。他们没有内存或处理器。所有量子计算机的使用都是一组超导码头。

量子计算机和经典计算机对信息进行处理不同。量子计算机使用Qubits运行多维量子算法。随着量子的添加，它们的处理能力会呈指数增长。经典处理器使用位来操作各种程序。随着添加更多位，它们的功率会线性增加。古典计算机具有较少的计算能力。

古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），从而创建节能电池。他们也可以具有很高的错误率。

古典计算机不需要特殊护理。他们可能会使用基本的内部风扇来防止过热。需要保护量子处理器免受丝毫振动的保护，并且必须保持极冷。超冷的超流体必须用于此目的。

量子计算机比古典计算机更昂贵且难以构建。

开发量子计算机

谷歌

Google将花费数十亿美元在2029年之前制造其量子计算机。该公司在加利福尼亚州开设了一个名为Google AI的校园，以帮助其实现这一目标。一旦开发，Google可以通过云启动量子计算服务。

IBM

IBM计划在2023年之前拥有一台Qubit的量子计算机。就目前而言，IBM允许访问其属于量子网络一部分的研究组织，大学和实验室的机器。

微软

Microsoft通过Azure量子平台为公司提供了对量子技术的访问。

其他的

量子计算及其技术对摩根大通和签证等金融服务公司的兴趣。

底线

量子计算与经典计算大不相同。它使用量子位，可以同时为1或0。古典计算机使用位，只能是1或0。

结果，量子计算更快，更强大。预计将用于解决各种极其复杂，有价值的任务。

尽管目前有其局限性，但它有望由无数行业的许多高功率公司投入使用。