現(xiàn)代計(jì)算機(jī)時(shí)代始于 1977 年個(gè)人計(jì)算機(jī)的引入。那一年可以購買的預(yù)組裝個(gè)人電腦只有三臺(tái)，其中包括 Apple 的 Apple II、Tandy Radio Shack TRS-80 和 Commodore Business Machines Personal Electric Transactor（簡稱 PET）。今天，很難計(jì)算來自眾多制造商的具有所有不同可定制規(guī)格的各種計(jì)算機(jī)型號(hào)。我們口袋里的智能手機(jī)也會(huì)增加這個(gè)數(shù)字。許多個(gè)人、企業(yè)和政府在幾乎所有通信方面都依賴計(jì)算機(jī)，但隨著量子計(jì)算和量子計(jì)算機(jī)的引入，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)可能很快就會(huì)過時(shí)。

什么是量子計(jì)算機(jī)：目錄
什么是量子計(jì)算？
什么是量子計(jì)算機(jī)？
什么是量子霸權(quán)？
量子計(jì)算將推動(dòng)人工智能
量子計(jì)算機(jī)何時(shí)可用？

什么是量子計(jì)算？

量子計(jì)算的創(chuàng)新、潛在力量和好處令人興奮不已。量子計(jì)算利用量子力學(xué)的思想來增加和提高計(jì)算機(jī)的處理能力。量子計(jì)算的潛在力量可以支持?jǐn)?shù)據(jù)分析師更快地解決某些計(jì)算問題。在某些情況下，量子計(jì)算可能比超級(jí)計(jì)算機(jī)更有益。那么，量子計(jì)算機(jī)是如何工作的呢？我們什么時(shí)候才能拿到一個(gè)？

什么是量子計(jì)算機(jī)？

量子計(jì)算機(jī)這個(gè)詞有點(diǎn)誤導(dǎo)。我們將計(jì)算機(jī)與臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦甚至智能手機(jī)聯(lián)系在一起。所有這些設(shè)備（甚至是世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)）都使用相同的基本規(guī)則。量子計(jì)算機(jī)則大不相同。傳統(tǒng)的“位”將信息存儲(chǔ)為 0 或 1。一個(gè)量子位或“量子位”可以同時(shí)將信息存儲(chǔ)為 0 和 1。

與量子比特相比，傳統(tǒng)比特的一種解釋是甜甜圈的例子。假設(shè)一個(gè)甜甜圈代表一個(gè)傳統(tǒng)的位。磨砂面代表 1，素面代表 0。傳統(tǒng)的位可以讀作 0 或 1。現(xiàn)在想一想這個(gè)在旋轉(zhuǎn)的繩子上的甜甜圈。旋轉(zhuǎn)的甜甜圈代表了量子計(jì)算機(jī)中所謂的“疊加”。在這種疊加中，量子比特可以被認(rèn)為是 0 和 1 的組合。

量子計(jì)算機(jī)可以以不同的方式構(gòu)建，這意味著量子計(jì)算機(jī)的外觀可能會(huì)有很大差異。可以使用鉆石、光子（光）和俘獲離子（帶有凈電荷的原子）來構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)。也許建造量子計(jì)算機(jī)最流行的方法是使用超導(dǎo)體。谷歌和 IBM 都在開展一個(gè)使用超導(dǎo)體和量子芯片構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的項(xiàng)目。這個(gè)版本的量子計(jì)算機(jī)將超導(dǎo)體和量子芯片安裝在一個(gè)看起來像枝形吊燈的大型基礎(chǔ)設(shè)施中。該基礎(chǔ)設(shè)施用于冷卻超導(dǎo)體和量子芯片，但也用于操縱和控制它們。

量子計(jì)算機(jī)有可能比現(xiàn)有的任何超級(jí)計(jì)算機(jī)都更強(qiáng)大。量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展和創(chuàng)新因其潛在的力量而繼續(xù)成為焦點(diǎn)。包括銀行信息、政府?dāng)?shù)據(jù)和個(gè)人信息在內(nèi)的全球數(shù)據(jù)使用一種加密方法來保證所有這些數(shù)據(jù)的安全。量子計(jì)算機(jī)可以輕松解決這些加密問題，這使得尋找加密數(shù)據(jù)的新方法變得更加重要。量子計(jì)算的創(chuàng)新不僅是有益的，而且這些創(chuàng)新對(duì)于保護(hù)世界上的重要數(shù)據(jù)可能至關(guān)重要。

什么是量子霸權(quán)？

量子霸權(quán)這個(gè)詞可能會(huì)讓人很困惑，但它的概念很簡單。世界上目前最先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)仍然有其局限性。經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法在可行的時(shí)間內(nèi)解決一些方程和問題，而這對(duì)問題有很大的幫助。量子霸權(quán)的概念證明，即使是最先進(jìn)和最頂級(jí)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)也可以并且將超越和量化。如果量子計(jì)算機(jī)能夠解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)（超級(jí)計(jì)算機(jī)）無法解決的這些問題，那么它就證明了量子霸權(quán)的概念。

取決于你問誰，量子霸權(quán)的概念可能已經(jīng)被證明了。2019 年，谷歌在科學(xué)雜志《自然》上發(fā)表的一篇文章中宣布，它已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量子霸權(quán)。聲明稱，該公司的 54 比特 Sycamore 處理器能夠在 200 秒內(nèi)完成計(jì)算，而這將花費(fèi)世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī) 10,000 年的時(shí)間來計(jì)算。IBM 還聲稱，他們的超級(jí)計(jì)算機(jī)不需要 10,000 年，而只需兩天半即可完成同樣的計(jì)算。盡管存在分歧，但許多研究人員接受了谷歌關(guān)于量子霸權(quán)的主張。

量子計(jì)算將推動(dòng)人工智能

人工智能是一種技術(shù)，在許多不同行業(yè)的許多不同方面都發(fā)揮了重要作用。它被用于 IT 和技術(shù)行業(yè)、醫(yī)療和保健行業(yè)、教育、制造以及數(shù)據(jù)中心運(yùn)營。人工智能利用計(jì)算機(jī)和機(jī)器以與人類思維相同的方式解決問題并做出決策。人工智能還封裝了機(jī)器學(xué)習(xí)，通過學(xué)習(xí)和利用知識(shí)來幫助機(jī)器模仿人類的智能行為，從而在未來做出更好的決策。

人工智能和量子計(jì)算都是具有無限潛力和可能性的變革性技術(shù)。我們甚至還沒有接近發(fā)揮人工智能的潛力，因?yàn)槲覀內(nèi)匀蝗狈λ璧募夹g(shù)進(jìn)步。如果我們要實(shí)現(xiàn)研究人員希望實(shí)現(xiàn)的人工智能潛力——量子計(jì)算的進(jìn)步和創(chuàng)新很可能首先需要發(fā)生。量子計(jì)算機(jī)將能夠提供所需的計(jì)算能力提升，這將使人工智能成為我們認(rèn)為可能成為的樣子。

量子計(jì)算機(jī)何時(shí)可用？

研究人員仍在開發(fā)量子計(jì)算技術(shù)，但去年量子計(jì)算領(lǐng)域出現(xiàn)了巨大的增長。IBM 生產(chǎn)了 127 量子比特的 Eagle 處理器，谷歌宣布了量子霸權(quán)，霍尼韋爾量子解決方案和劍橋量子展示了實(shí)時(shí)糾錯(cuò)和突破性算法，這使得量子機(jī)器可以用更少的量子比特進(jìn)行更大量的計(jì)算。

一家名為 SpinQ 的中國初創(chuàng)公司于 2011 年首次以 1000 萬美元的價(jià)格推出了一款商用量子計(jì)算機(jī)。它最近宣布了一個(gè)更簡化的版本，售價(jià)約為 5000 美元。這是研究實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)中發(fā)現(xiàn)的量子計(jì)算機(jī)的縮小版本，但它可以為非常富有的愛好者提供擁有歷史上第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)的方法。

這個(gè)特殊的量子計(jì)算機(jī)桌面重 121 磅，使用核磁共振技術(shù)，將分子捕獲在強(qiáng)大的磁場中，并用無線電頻率脈沖對(duì)其進(jìn)行爆炸，以改變單個(gè)原子的自旋狀態(tài)。這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)也沒有使用過冷超導(dǎo)磁體，而是使用仍然產(chǎn)生強(qiáng)磁場的永磁體。

我們?nèi)蕴幱趯⒘孔佑?jì)算機(jī)引入大眾的早期階段，但該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新正在引發(fā)極大的興奮。量子計(jì)算和量子計(jì)算機(jī)將把世界帶入下一階段的技術(shù)進(jìn)步，它可能很快就會(huì)使我們的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和加密策略過時(shí)。