聚焦量子計算，解讀科技熱點(diǎn)

隨著(zhù)量子計算的加速發(fā)展，商界、政府和產(chǎn)業(yè)界對量子計算的關(guān)注和投資呈現出增長(cháng)勢頭。新興的量子計算用例也在商業(yè)領(lǐng)袖、技術(shù)愛(ài)好者乃至公眾之間引起了廣泛討論。

本文通過(guò)解答一些比較常見(jiàn)的量子計算問(wèn)題，拋開(kāi)圍繞這一革命性計算學(xué)科的概念炒作，從事實(shí)出發(fā)、用通俗易懂的語(yǔ)言解讀量子計算。

何為量子計算？

當用戶(hù)在手機、平板電腦或筆記本電腦上運行多個(gè)程序時(shí)，設備會(huì )發(fā)熱，處理器的運行速度會(huì )變慢，電量也會(huì )迅速耗盡。數據量與運行計算程序所需的能源消耗之間存在著(zhù)直接關(guān)聯(lián)。

量子計算機可以開(kāi)辟出行之有效的新途徑，解決極其復雜的計算難題。與常規計算機使用的非0即1的二進(jìn)制碼不同，量子比特可同時(shí)以0和1的疊加狀態(tài)存在，這意味著(zhù)量子比特能夠存儲大量的數據，而不會(huì )產(chǎn)生相應的能量損耗。每增加一個(gè)量子比特，量子計算的數據處理能力都會(huì )呈指數級增長(cháng)，且不會(huì )增加能耗。

當科研人員找到增加量子比特數量和構建穩健的量子計算機的方法時(shí)，量子計算的潛力也會(huì )持續躍升。目前，科研人員正在研究如何增加量子計算機可以使用的量子比特數量，這對創(chuàng )建可商用的量子計算機至關(guān)重要。

量子計算機可否取代傳統計算機

與普遍流行的觀(guān)點(diǎn)相反，量子計算機不會(huì )取代傳統計算機。量子計算的真正價(jià)值在于，量子計算機執行計算的速度要比傳統計算機快得多。

另一方面，傳統計算機仍然非常適合日常的計算機使用需求。量子計算機有可能同時(shí)執行多種復雜的計算，通過(guò)解決復雜的優(yōu)化問(wèn)題、分析龐大的數據集和仿真，增強傳統計算機的功能。

量子計算機擅長(cháng)解決哪些問(wèn)題？

計算機能夠推動(dòng)創(chuàng )新、實(shí)現突破，而以前人們認為只有人類(lèi)才有這種能力。與其他任何工具一樣，量子計算機和傳統計算機能夠幫助人們更有效地解決問(wèn)題。傳統計算機擁有足夠的處理能力，甚至能夠在幫助人們處理日常工作的同時(shí)，運行極其先進(jìn)的算法。但是，由于它們的內存空間有限，再加上時(shí)間相對有限，傳統計算機無(wú)法解決一些特定類(lèi)型的計算問(wèn)題。

量子計算系統將能夠在短時(shí)間內處理大量的數據，用時(shí)要比傳統計算系統短得多。得益于此，量子系統已蓄勢待發(fā)，將賦能工業(yè)、政府和學(xué)術(shù)應用，加速創(chuàng )新。其用例包括：

產(chǎn)品和技術(shù)開(kāi)發(fā)

量子計算具有獨特而強大的數據處理能力，能夠幫助開(kāi)發(fā)者解決產(chǎn)品和技術(shù)開(kāi)發(fā)挑戰，而這些難題是依靠經(jīng)典計算無(wú)法解決的。量子計算機將提高模擬和仿真能力，讓產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者能夠在更短的時(shí)間內創(chuàng )建精確、高保真的數字孿生，并面向更廣泛的現實(shí)世界場(chǎng)景對其進(jìn)行測試。這將推動(dòng)更高品質(zhì)的產(chǎn)品在更短的時(shí)間內快速進(jìn)入市場(chǎng)，并大幅降低成本。

醫療科學(xué)

從開(kāi)發(fā)藥品到改進(jìn)醫療診斷成像技術(shù)，量子計算機將以令人難以置信的速度分析分子和細胞的相互作用，讓科研人員能夠仿真人體系統，研究各種生物化學(xué)變化。這意味著(zhù)科研人員有可能進(jìn)行更加完整的臨床試驗，且用時(shí)比目前的臨床試驗少得多。

數據安全

傳統計算機利用相關(guān)算法生成大素數，為數字安全程序奠定基礎。但是，量子計算機可以破解該算法。這對采用標準加密工具的企業(yè)和機構而言是一個(gè)重大威脅。同時(shí)，量子計算機可以生成大量可靠的、無(wú)法破譯的“真”隨機數，也為網(wǎng)絡(luò )安全向新的范式轉變提供了可能，以大幅提高網(wǎng)絡(luò )安全。

科學(xué)研究

超強的機器學(xué)習、人工智能和仿真能力將幫助科學(xué)家加快在粒子物理學(xué)和天文學(xué)等領(lǐng)域的探索發(fā)現?？蒲腥藛T借助量子計算的仿真功能，可以增強氣候建模能力，仿真深海、太空等人類(lèi)目前很難涉足的環(huán)境，也可以對各種場(chǎng)景中的人體進(jìn)行建模。

供應鏈運營(yíng)

供應鏈物流對消費者、企業(yè)、產(chǎn)業(yè)和政府等社會(huì )的方方面面都有影響。利用量子計算機提供的仿真能力可以管理全球供應鏈物流中復雜的變化因素，并協(xié)調處理多個(gè)來(lái)源的數據。量子計算機將優(yōu)化資源管理，改善物流規劃，從而增強供應鏈運營(yíng)的可持續性和價(jià)值。

城市規劃  

量子計算機驅動(dòng)的人工智能和機器學(xué)習技術(shù)能夠監測、預測和緩解整個(gè)大都市區的交通擁堵。這樣不僅可以解決擁堵病，還能減少碳排放，降低維護成本，為人們帶來(lái)裨益。此外，它能夠幫助城市規劃工作者做出更明智的決策，推動(dòng)城市發(fā)展，改善城市環(huán)境，提升居民的生活質(zhì)量。

量子計算機離我們有多遠？

私營(yíng)、公共和學(xué)術(shù)機構正在進(jìn)行大量投資，以推動(dòng)量子計算機的開(kāi)發(fā)、穩定運行和商業(yè)化進(jìn)程。包括IBM、谷歌在內的科技公司以及包括梅賽德斯-奔馳在內的汽車(chē)巨頭紛紛加入了美國國家科學(xué)基金會(huì )（NSF）、歐洲核子研究中心（CERN）和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的行列，投身于量子計算的開(kāi)發(fā)和部署，以期將該技術(shù)集成到它們的產(chǎn)品和服務(wù)中。

谷歌、IBM和英特爾等主要參與者開(kāi)發(fā)了第一批量子計算機，可以運行幾十甚至幾百個(gè)量子比特。雖然這些系統功能強大，但是要超越傳統超級計算機的能力，實(shí)現真正的量子計算性能，科研人員必須克服基礎設施和規?；矫娴奶魬?，才能讓真正可商用的量子計算機廣泛普及。

為了推動(dòng)量子系統開(kāi)發(fā)而開(kāi)展的相關(guān)研究，使得在傳統計算機上仿真量子效應的量子啟發(fā)式算法逐漸興起。將這些算法用于解決現實(shí)問(wèn)題，可為企業(yè)提供新的洞察力、降本增效的機會(huì )，并提高運營(yíng)效率。

這些混合系統可提供一定的商業(yè)優(yōu)勢，讓企業(yè)通過(guò)一種低風(fēng)險的途徑，為迎接量子計算做好準備。在量子啟發(fā)式系統上運行的相同算法和應用程序能夠在更短的時(shí)間內解決復雜的優(yōu)化問(wèn)題。此外，這些量子啟發(fā)式系統為企業(yè)提供了一種低風(fēng)險的方式來(lái)做量子計算實(shí)驗，同時(shí)在量子計算機商用之后還可以培訓員工進(jìn)行使用。

是德科技的量子計算解決方案已經(jīng)助力科研人員取得了突破性進(jìn)展，在探索量子超能力之路上更進(jìn)了一步。是德科技的量子控制系統是一種量子比特控制解決方案，這款完全數字化的量子控制系統集成了專(zhuān)用的量子控制硬件和全棧的軟件功能，讓用戶(hù)能夠迅速開(kāi)始針對量子比特的探索實(shí)驗。