作者：Bernard Marr

小晨编译

一个中国研究团队最近发布了世界上最强大的量子计算机——能够处理66个量子比特的数据。与此同时，英国剑桥大学的一个团队已经创建了一个量子计算桌面操作系统——这可能是将量子能力带入主流的一个重要步骤，因为微软开发MS-DOS和Windows是用于经典桌面计算。

考虑到这一点，我认为看看量子计算的当前状态可能是一个好主意——这是一次技术飞跃，预计将使我们的计算机能够以比当今最快的经典处理器快数千倍的速度运行。什么是量子计算，为什么这么多人对它感到兴奋，它将如何影响我们的生活？请继续阅读以了解！

量子跃迁

首先，什么是量子计算？嗯，用简单的术语解释它是相当困难的，因为它是一个相当复杂的概念！”“量子”的意思是“亚原子”，在计算和物理学中，当我们在亚原子水平上研究物质时，它被用来描述物质所证明的性质。通常，当研究原子大小或更大的物质时，这些性质似乎不符合物理学的基本规则。在亚原子水平上，可以观察到诸如纠缠（粒子之间的连接意味着它们共享相同的状态，无论它们相距多远）和叠加（粒子的行为就像它们同时存在于两种不同的状态）等特性。

一个值得你思考的概念是比特和量子位之间的差异（发音为“Q比特”）。常规计算机（在量子计算的上下文中称为“经典”计算机）以二进制“位”的形式存储和读取数据，二进制“位”的状态可以是一（1）或零（0）。量子计算机使用量子比特，它利用了叠加和纠缠等量子现象，这意味着它们可以用来执行某些复杂形式的计算，比使用经典计算算法（或在某些情况下，如果没有量子算法，就永远无法实现……请参见量子至上。）

谢天谢地，没有必要为了使用量子计算机而完全理解量子计算机的力学原理，也没有必要为了理解量子计算机对我们未来生活的影响！然而，从程序的角度来看，它需要将超导材料冷却99%至绝对零度（-273摄氏度/459华氏度）。然后电子通过这种材料，光子（没有质量的电磁粒子）将其作为目标。这种相互作用意味着作用于粒子的量子效应可以被控制和测量——成为可以用来存储或处理信息的量子位。

今天量子计算的用途是什么？

量子计算目前是一个巨大的实验研究和开发领域，但实际应用正在兴起。大型云计算提供商（亚马逊、谷歌和微软）都在其平台上提供量子计算服务，由AT&T和加州理工学院成立的量子技术联盟，它的建立是为了帮助量子计算从理论领域进入实际应用。

量子计算主要用于解决使用经典方法所需时间太长的计算问题。一个例子是分析和解释大型强子对撞机收集的数据。地下超级对撞机加速亚原子粒子通过27公里的隧道，速度高达光速的99.9%，每秒产生1 PB的数据。操作对撞机的欧洲核子研究所（CERN）目前正在研究实现量子计算来处理这些数据。在量子成为可能之前，它的大部分都被丢弃了，因为世界上根本没有足够的经典计算机来分析它！

量子计算在创建超级强大的加密方面也很有用——它可以让数据比其他方式更安全地被锁定。2017年，奥地利和中国科学家之间进行了世界上第一次量子安全洲际视频通话。当然，一旦每个人都能使用量子计算，不久我们也会担心量子黑客——一些专家预测，如今用于保护互联网数据安全的大多数经典加密方法都会受到基于量子的攻击。

它还用于解决建模生物有机体所需的极其复杂的计算，例如分子模拟中的蛋白质行为。加拿大生物技术公司ProteinQure的研究人员与微软合作，利用量子计算研究癌症和阿尔茨海默病等疾病的基于基因组的治疗方法。

包括大众和戴姆勒在内的汽车制造商正在使用量子计算方法为电动汽车设计寿命更长、效率更高的电池。在这里，它很有用，因为电池失去电荷时发生的化学衰变模式非常复杂，用经典的计算机技术预测它们的行为是不可靠的。大众汽车还与量子先驱D-Wave合作，创建了能够准确模拟和预测北京严重拥堵道路网络交通状况的模型。

量子计算的未来是什么？

在不久的将来——也许在5到10年内，但谁知道呢，也许要快得多——量子计算将处于一个可以用来解决改善我们日常生活的问题的阶段——英特尔量子研究负责人Jim Clarke称之为“量子实用性”

Quantum不会完全取代经典计算——无论如何，在可预见的未来也不会——对于许多计算任务，它不会提供任何真正的优势。然而，对于它擅长的复杂计算类型，我们可以期望看到计算机的运行速度要快数亿倍。

本文开头提到的标准化桌面操作系统的开发可能是迈向量子实用化的重要一步。经典计算机，如IBM在20世纪中叶创建的大型机，直到通用操作系统和编程语言出现，才开始实用于日常使用。目前，量子计算机的控制系统占据了一个小房间——这一突破将其缩小为一个芯片。

一旦这种实用性建立起来，专家们希望量子计算机将被用来创建帮助我们应对气候变化的应用程序。实现这一目标的方法之一是创造新型农业肥料。改用新型合成肥料可使世界天然气消费量减少3%至5%。这将通过创造新的催化分子来实现，这些分子在创造必要的化学物质方面更为有效。

量子计算机对人工智能和机器学习也有巨大的影响。这些认知计算过程——包括能够学习并在工作中变得更好的程序——使用巨大的神经网络运行，这需要大量的计算机能力。量子驱动的人工智能将给我们提供比以往任何时候都更快思考和学习的机器。

这将使更复杂的系统能够被模拟和建模。模拟依赖于我们对现实的理解，以便在我们的模型中复制它的规则。这意味着理解物质的行为和量子水平。Richard Feynman是诺贝尔奖获得者，他帮助定义了我们对量子的许多了解，他认为只有量子计算机才有足够的能力精确模拟量子活动。

一旦这成为可能（这将需要比我们今天拥有的量子计算机强大很多倍的量子计算机，在数千比特的范围内），我们就应该能够准确地建立今天无法建模的复杂系统的模拟模型——比如电磁辐射、重力，甚至生物大脑。

无论出现什么，很明显，量子计算是技术进步的一个非常令人兴奋的领域，我们可以期待它在未来几年中对我们的生活产生越来越大的影响——也许其意义与上个世纪计算机的到来和本世纪互联网的发展一样重大。