现在大家能用量子计算机做什么任务？

按照功能划分，现在的量子计算机可以分为两类：量子退火计算机和通用门电路量子计算机，这两个方向现在都很活跃。

1、量子退火计算机（又称绝热量子计算机） ：利用物理学量子效应来做最优化计算，典型代表D-Wave公司的量子计算机，面向特定的领域问题，把问题转化为退火最优化问题，通过量子效应找到最优解，相对于传统计算机能够实现计算速度和规模的大幅提升，有时候可以达到1亿倍的优势。在军事、工业、化学、制药、人工智能领域有非常大的价值，已经成为各个国家和公司竞争的一个方向。

2、通用门电路量子计算机：是现在很多公司努力的方向，目标就是实现通用的量子计算机，替代现在的计算机或者与现在的计算机协同，实现更快的运算速度和更低的能耗损失，解决现在计算机还解决不了或者计算不出来的问题。如果在这个方向走向了大规模应用阶段，那么就意味着真正的量子计算时代普及。

象Google这种大公司，一般都是两条路线都在进行研究。

• 量子计算机相对（ 经典）电子计算机将带来的优势

1、计算速度大幅提升（可能1亿倍，量子计算机200秒完成的运算，当前最强超算需1万年），并行性。

2、计算的耗电减少500倍：能量与计算的兰道尔（ Landauer ）原理（详细参见后一页内容）

3、NP难问题的可解性

4、量子通信开启可靠通信新时代：隐性传态、超密编码

5、量子模拟带来的其他领域（化学、制药、军事等）的潜在模拟实验

• 能量与计算的兰道尔（ Landauer ）原理

1927年，兰道尔出生在德国斯图加特的一个犹太人家庭。1934年，兰道尔的父亲去世后，母亲带着他迁居到美国纽约生活。

1945年，18岁的兰道尔从哈佛大学毕业后，在美国海军服了18个月的兵役。兵役结束后，兰道尔返回哈佛大学攻读博士，1950年拿到博士学位。

1952年，兰道尔加入IBM公司工作，成为一个上班族。1961年，兰道尔在《IBM研究通讯》上发表了一篇令他青史留名的论文，这篇论文的题目是《不可逆性与计算过程中的热量产生问题》。在这篇论文中，兰道尔指出了一件以前从来没人发现的事情：经典计算机要擦除一个经典比特的信息，其所消耗的最小能量是kT ln2 （k 是玻尔兹曼常数，T是经典计算机所处的外界物理环境的温度）。

2014年，物理实验验证了兰道尔原理，并证实了其预测。至今，还有人挑战说推翻了兰道尔原理，但是每次经过严格推演发现都是没有推翻。

兰道尔（ landauer ）原理：擦除一个bit所需要的最小能量kTln2。兰道尔认为，在计算中不需要的信息是一种浪费，需要做功来去除。

在温度为T的条件下，删除寄存器中一个比特的信息，最少需要的能量是 （E≥kTln2） k为波兹曼常数 室温下（25℃ = 298K）擦除一个bit需要的能量为2.85 x 10^{-21} J（ ZJ ）。

• 什么是计算的可逆性？要擦除信息就必须消耗能量

计算复杂性研究了求解一个计算问题所需要时间和空间量，另一类重要的计算资源是能量。这里研究计算的能量需求问题。

让人吃惊的是,包括经典和量子计算在内的计算原则上都可以不消耗任何能量！计算中的能量消耗实际上与计算的可逆性有深刻的联系。

考虑一个门，如与非门它有两个比特输人和一个比特输出这类门本身是不可逆的，因为，给定该门的输出，无法惟一地确定输入。例如：如果与非门的输出是1，则输人可以是00、01或10中的任何一个；另一方面，非门是可逆逻辑门的一个例子，因为给定非门的输出，可以推断出输入必须是什么。

认识不可逆性的另外一条途径是把它看作信息的擦除。如果一个逻辑门是不可逆的，则输入到门的部分信息在门运算的时候将不可恢复地丢失，即某些信息被门擦除了。反过来，在可逆计算中，没有信息被擦除,因为输入总可以从输出得到恢复。

因此,说计算是可逆的等价于说计算过程中没有信息被擦除。计算中的能量消耗与可逆性有什么联系呢? Landauer原理提供了答案：要擦除信息就必须消耗能量。

量子计算门电路全部是可逆计算，所以几乎不消耗能量，也不会造成发热。

• 现在从事量子计算工作如何赚钱？

1、各个大公司，特别是国外的大公司和创新公司，都在布局量子计算研发，相应的岗位空缺多，并且在加速增长

2、高校和研究机构在进行量子计算的研发工作，对于一个全新的领域，有很多的工作需要做，都是忙不过来，需要相应的人才和公司一起协同来做；

3、量子计算作为新时代的计算信息技术，各国政府都投入相应的资金，这些资金用于孵化和支持相应的项目；

4、量子计算技术的普及推广，人才培养、生态建设也有很多的机会。

什么是“量子霸权”？

解决经典计算机解决不了的问题：量子霸权(quantum supremacy)

来源于英文翻译，其实更合适的应该是翻译成量子优越，是指用量子计算机解决传统电脑实际上解决不了的问题，问题本身未必需要有实际应用。

解决问题比经典计算机更快：量子优势（Quantum Advantage）

则是指量子电脑在解决实际问题上能比古典电脑更快而带来的优势，从计算复杂性理论的角度来说，这通常代表量子计算机相对最佳传统算法的加速是超多项式的。

量子霸权这个术语最初是由约翰·普里斯基尔（John Preskill）所提出，但量子计算优势的概念（特别是用于模拟量子系统）可以追溯到尤里马宁（1980）和理查费曼（1981）提出的量子计算建议。

2019年9月20日，科技巨头谷歌(Google)一份内部研究报告显示，其研发的量子计算机成功在3分20秒时间内，完成传统计算机需1万年时间处理的问题，并声称是全球首次实现“量子霸权”。

实现量子霸权，将代表超越经典的量子计算能力从理论走进实验，标志着一个新的计算能力飞跃时代的开始。实现量子霸权离实现通用的量子计算机尚有很大距离。

• 量子计算机与经典计算机技术栈全面变化

*量子计算机从物理层（芯片、连接、组装）到上层软件、算法都将发生革命性变化。

• 量子编程与经典计算机编程的变化

量子编程与传统的编程也是本质性的不一样。

举个例子：

传统编程中大量使用的“=”赋值，很多时候就是做了一份拷贝，但是量子计算里面变量是不可复制的，一旦复制原本的变量就坍塌了，就破坏了。

所以， “=”赋值就不能用了。

我们经常用的if（a == b）是检查一个变量的值，量子变量一旦检查就被破坏了，塌缩了。也不能用了。那怎么办？到量子编程章节给大家详细解答。

有了量子计算机，比特币是否会变得一文不值？

比特币是区块链的第一个应用，比特币最重要的特点就是安全和不可篡改。用量子计算机是否可以破解比特币的加密算法并对比特币实施攻击，篡改比特币的数量，修改比特币区块中的账本信息？

比特币加密算法，哈希算法同样也应用于银行系统，证券系统，支付宝，微信等。

运算速度超快的量子计算机，那么可以肯定它是能够破解比特币加密算法的。目前比特币运用的加密算法，是当今应用最广泛的加密算法。量子计算机破解了比特币，那么这意味量子计算机可以破解当今的所有加密系统，包括银行系统，证券系统，支付宝，微信等等。如果真的出现这一情形，更应该担心量子计算机对传统资产的影响，比如你的银行存款，股票账户，支付宝，微信账号等。这些传统资产的体量更大，破解会带来更多的价值。

水涨船高，不用担心：计算机的运算速度很重要，未来也一定会出现计算能力更强的计算机。但是要明白，硬件系统提升的同时，软件系统也在不断升级。计算机运算速度每年都在几何级数增加，我们的加密算法也在不断更新。这就像矛在逐渐锋利的同时，盾也更加坚固。相信在未来会研究出更加先进的加密算法，让量子计算机难于攻破。

量子计算机技术方向发展行业现状

目前量子计算有几个主要的技术路径：超导、离子阱、硅量子点、拓扑、光量子等等。

目前超导和离子阱方向研究公司最多，发展最快。行业领先的为D-Wave的 Avantage、 IBMQ System One 、Google的72量子比特超导量子计算机和IonQ的32量子比特QV400万的离子阱量子计算机。

量子计算机全球专利现状

量子计算专利正在井喷式增加，特别是软件领域的专利，数量级式增加，创业公司有大量的机会，我们国家在这方面也不能忽视，全球各个国家总体上还是在一个起跑线上。

按照国家统计：

按照TOP公司统计

编辑：Victorlamp-e休