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量子计算——它会是未来吗?


量子计算机目前虽然仍处于发展阶段,但它明显有能力超过传统计算机。它们需要更先进的技术和更尖端的量子理论,在优化计算效率和计算能力方面具有优势。计算科学未来发展的关键在于量子理论在计算机科学各个领域的应用。

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“量子计算机不仅会带来更高的处理速度,还会带来我们以前从未想过的应用。”

——Ray Laflamme,量子计算研究所执行董事

加拿大滑铁卢大学


什么是量子计算?

传统的计算机使用“长比特”,这是一个基本的信息单位,包含一个二进制值的“0”或“1”。相比之下,量子计算机使用量子位,它可以同时保存其中一个值或两个值。这是由于被称为“叠加”的量子物理现象所带来的。当一个亚原子粒子的两个或多个量子态,如“自旋向上”和“自旋向下”的自旋态同时保持时,就会发生叠加。在量子计算中,叠加可以理解为一个量子比特同时是“0”和“1”。


使用可以存在于多种状态的亚原子粒子可以使量子计算机比传统计算机更快,且用到更少的能量。例如,NASA的科学家在2016年就制造了一台比传统计算机快1亿倍的量子计算机。


如果谷歌和加州大学圣塔芭芭拉分校的研究团队能够制造出50量子比特的芯片,那么量子霸权将会很快实现。


俄罗斯量子中心(RQC)的阿列克谢·卡沃金(Alexey Kavokin)说:“量子计算机的计算能力会随着被操纵的量子比特的数量呈指数级增长。”

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量子计算的好处

这种类型的计算能力的性能优势来自于其快速分析和测试超大型数据集的能力。下面是一些量子计算将如何影响我们的世界的例子。

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密码学

目前,大多数网络安全方法依赖于通过计算机处理海量数据,需要花费大量时间来“破解密码”。量子计算机有望产生根本无法破解的密码,并增加数据加密功能。

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医学研究

量子计算将可能使化学家在开发新药时测试数百万种分子组合,确定哪些最有可能在临床试验中成功。此外,量子计算还可以大大降低将它们推向市场的成本和时间,更容易地将预先批准的药物用于新型应用,并使计算化学家能够进行创新,从而更快地治疗各类疾病。

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天气预报

任何天气预测都是通过分析大型和复杂的数据集来完成的。传统的天气模拟受到传统计算机可以被管理的输入的限制。若添加了太多的相干因素,模拟所需要花费的时间会比实际天气演变的时间还要长。量子计算具有处理大量数据的能力,这些数据能够帮助做出更准确的预测并考虑可能存在的变化。

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交通控制

空中和公路交通都将受益于量子计算分析交通流控制的能力。他们将能够快速计算出最优路线,这能够提升通行效率和减少交通拥堵。

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参考链接

1. https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=5161

2. https://www.wired.co.uk/article/quantum-computing-explained

3. https://www.technologyforaccountants.com.au

4. https://singularityhub.com/2017/06/25/6-things-quantum-computers-will-be-incredibly-useful-for/#sm.0001acsqgb17hzcr0zrn8f0qvskho

5. https://whatis.techtarget.com/definition/quantum-computing

6. https://www.researchgate.net/publication/1758552_An_Introduction_to_Quantum_Computing

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