量子计算机如何改变世界

量子计算机如何改变世界？

雷锋网 | 2015年04月27日阅读(24615)

建立在量子物理学基础上的超高速计算机即将诞生，它们的到来会改变一切。量子计算公司D-Wave的创始人之一Eric Ladizinsky在伦敦举办的2014?有线大会上就传统计算机和量子计算机的区别作了很好地解释。

想象一下，限你在五分钟内找出写在国会图书馆的一本书某一页的“X”（国会图书馆藏书约有五千万册）。这是不可能完成的任务。但如果存在5000万个平行空间，在每个空间你都能浏览不同的书本，你会在其中一个空间发现你要找的“X”。

传统的计算机就好比争取在五分钟内尽可能翻阅更多书本的疯子；而量子计算机就能有5000万个分身，每个分身悠闲地查阅需要的信息。

如果你不知道上面说的都是什么鬼，无需担心，因为其他人也不是很清楚。物理学家费曼有这么一句名言：当你认为你理解量子物理学的时候，其实你是真的没有理解。本质的区别在于：传统计算机只能一个一个地按次序解决问题，但是量子计算机却可以在同一时间解决多个问题。

这样的速度具备颠覆整个行业的潜质。不仅仅是因为其速度，量子计算机可以解决传统计算机不能很好处理的复杂问题。它们在解决问题的时候更像人类，这使得它们更胜任人类的工作。量子计算机未来的应用前景十分令人神往：

1、真正精准的天气预报

量子计算公司QxBranch表示：即使拥有非常尖端的分析温度和气压的工具，给定天气系统的表现形式也具有很大的不确定性，现如今的天气预报只是对未来天气的一种猜测，只不过这个猜测是建立在一定基础上。

量子计算可以在同一时间对所有的数据进行分析，并告诉我们坏天气会在何时何地出现。我们可以提前注意到飓风等极端天气，从而预留足够的时间拯救生命。

在量子计算机的帮助下可以建立更好的气候模型，以便人们深入了解人类活动是如何影响环境的。基于这些模型，我们对未来气候的变暖形势进行估计，并帮助我们决定采用什么样的措施来避免灾难的发生。

2、更有效的药物发现

新药开发是一个复杂的过程，化学家们需要对无数的分子组合进行测试，从而找出有效对抗疾病的分子组合。这个过程可能持续数年，且耗资数百万美元。化学家们还要对这些组合进行后期试验，其中的大部分仍以失败告终。

量子计算机能够描绘出数以万亿计的分子组成，并将其中最有可能有效的组合快速识别出，显著降低药物的研发成本和周期。

用量子计算对人类基因进行排序和分析比现有方法更快，可以为更多的民众提供个性化药物治疗和医疗保健服务。

如今，许多药物不能投入市场，是因为有那么一小部分人对其反应强烈。因此我们经常否定一种药物，尽管它对一些人是有效果的。有了个性化基因分析和更好的药理知识后，我们就可以预见到可能存在的不良反应。

3、告别交通拥堵

量子计算可以很好地协调飞机航线以及地面交通控制，因为其计算最佳路线的性能卓越。

如果你规划了一个含有10个不同站的行程，传统计算机需要单独计算所有可能路线的总长度并挑选出其中最佳的路线。而量子计算机可以同时计算所有线路的长度，计算出最佳路线所需的时间更短。

利用量子计算机对空中交通模式进行深度分析，将带来更高效的航线安排，可以有效统筹飞机起飞、降落时的时间从而减少出行时间。

同样的技术可以应用于高速公路、各种复杂的城市系统网络（电网等），从而达到高效、避免拥堵的目的。

4、加强军事力量和国防建设

各式各样的卫星正在不间歇的收集影像数据，其数量之庞大没有谁能够对其进行全面检索，因此很多数据只是被扔在一边。在那部分被我们遗弃的数据中，我们可能会错失一些重要的情报。

一台量子计算机对海量数据的处理比传统计算机或个人要快得多，它可以筛选出那些需要进一步仔细分析且往往容易被我们忽视和抛弃的影像。

传统计算机不擅长处理“谁在哪？”这类问题。这关乎识别能力，量子计算机能够像人类那样，可以很好地从复杂的背景中找出具体的细节。

5、安全、加密通信

不管我们是否意识到，我们时刻使用着加密技术。当我们登录电子邮箱或使用信用卡进行网购的时候，我们都需要依赖加密技术。利用量子计算机卓越的性能可以使加密更安全可靠。

这种超级安全的通信方式被称为量子密钥分配，当彼此之间传递信息的时候，信息只有经过密钥破解后才能正确显示。如果第三方截获了密钥，但由于量子学的特性，密钥就会失效从而导致信息不能被准确读出。该通信技术的初步版本已经在欧洲的一些地方试用。

同样的，正如量子计算可以使通信更加安全，量子计算机可以非常容易地破解我们现有的加密信息。从斯诺登泄露的国家安全局的相关文件中就提出该机构计划开发量子计算机来进行加密信息的破译工作。

如果一个黑客（或好管闲事的政府机构）试图染指量子计算机，那么诸如银行、政府机构等利用老式加密技术的部门行业就会深陷危机。

6、加快太空探索的步伐

天文学家们利用开普勒太空望远镜在我们生活的太阳系之外发现了大约2000颗行星。开普勒搜索需要对准这些所谓的系外行星，并且还要等到他们从其归属的恒星前经过。当这种情况发生的时候，行星会投下阴影，天文学家借此进行分析和预测其大气环境是否适合生命生存。

量子计算机可以处理任何望远镜视野中更多的数据，从而发现更多的行星，并迅速识别出最有可能存有生命体的行星。它甚至可以从旧的影响中发现系外行星。

7、机器学习和自动化

量子计算机可以像人类一样从经验中学习。它们能够自我纠正，量子计算机可以对一个错乱的程序代码进行修正。这个概念被称为机器学习，这就好比你的Facebook账号会列出你可能喜欢的内容，但是更复杂。

量子计算机的机器学习能力可以帮助我们更快更有效地处理很多事情，利用量子计算机对其自身功能的不断完善，可以引领半自动车辆等更高级别的人工智能。

所有的这些应用听起来令人兴奋不已，但在此之前我们还有很长的路要走。如今，量子计算机研制工作的主要参与者包括谷歌和美国航空航天局，当各大公司纷纷致力于高尖端技术的研发时，取得突破也就指日可待了。

量子计算：你不知道的九大问题

量子计算你不知道的地方量子计算机并不是用来浏览互联网、收发邮件，也不是用来运行常规软件。相反，量子计算机的基础为量子力学。量子力学为物理学的一个分支，该学科创立时间已有100年左右，并对人们的传统看法发起挑战。量子物理学研究对象为很小的事物，如电子和光子等，并试图解决人们此前没能解决的问题。如果你声称量子计算机简直就是以魔法方式运行，这种说法也没有多少夸张之处。在我们面对这些很小的物体时(试想一下，比单个原子还小)，科幻小说中描写的时间旅行、瞬间移动(teleportation)等奇特现象也只能说是司空见惯。传统意义上的物理学“规则”在这儿不适用。这无疑就可开启一些令人心动的可能性，尤其在数学分支优化学科领域就更是如此。顾名思义，优化就是要从一大堆潜在答案中找出最佳者。对于这门特定数学学科领域而言，它致力于解决现实世界中一些可实际感受到的问题。UPS快递卡车如何选择其最佳投递路线？机场该如何合理安排航班才能保持各航班不会延误？在处理一些优化计算任务上，传统计算机可谓设备简陋。美国南加州大学克希德·马丁量子计算中心科学主任丹尼尔·里达尔(Daniel Lidar)表示，人类验证蛋白质折叠状态会花上大量时间，自然界却能够在数秒或数分钟内完成这种任务，而传统计算机要解决这些问题，则要花上数十亿年的时间去思考。

从某种程度上讲，量子计算也具有了像自然界那样同世界互动的能力。这可能是一种今人感到难以理解的深奥想法。即便如此，这也仅仅是量子计算机的冰山一角。 1、量子计算机依靠量子力学来运行，而量子力学非常“疯狂”。与我们肉眼所看到物体的运动规则相比，量子粒子的运动规则却大为不同。举例来说，量子粒子能够同时存在于两个地方，能够快速前进或后退，甚至能够进行所谓的瞬间移动，也就是物理学家们所说的“量子隧道效应”(qu antum tunneling)。174.139.208.164 这通常是我们在科幻小说中所看到的东西。但在量子世界中，这些现象可谓寻常之极。而科学家们也无法对此给出令人满意的答案。

量子计算机的发展现状与趋势_王建锋

高教论坛量子计算机的发展现状与趋势王建锋（郑州大学体育学院体育教育系，河南郑州450000）量子信息科学引入后，重新对计算、信息编码与处理进行了诠释。作为一门高效处理信息的学科，量子信息体现了科技的进步。该学科融入了多个学科，包括信息科学、物理学，以及材料学。因此，与传统的计算相比，也具有更强大的生命力。可以看出，自从应用量子信息科学后，使计算机的更加安全，并且提高了通信的质量。尽管量子计算机尚在初步发展阶段，但是该学科具有很大的发展潜力。因此，对量子计算机的发展现状与趋势进行探讨非常有必要。１量子计算机的发展现状１．１研究概况（１）拓扑量子计算。拓扑量子计算方案由一位数学物理学家提出。根据拓扑量子不受扰动的特点，完成量子计算机的构造。在此基础上，进行容错量子的计算。当前，该计算已经引起了国内外的重视。世界上很多大学已经开始了理论与实验方面的研究。在进行拓扑量子计算时，每个子都有几下几个特点。第一，有很多准例子，分为不同的类型，其作用是进行信息的初始化。第二，当每个子进行交换时，只要满足辫群规则，就能实现拓扑量子门。然后，完成信息的处理。第三，在拓扑量子计算中，不用考虑环境影响的因素。所以，保证了处理的准确性。当前，美国已经根据相关研究，成功建立了基本的量子位。（２）单向量子计算。单向量子是一种新的途径。该计算采用了量子的纠缠态、经典通信，以及局域操作，来传递非局域作用，继而实现等价的非局域哈密顿量功能。所以，成功建立了一种高度纠缠的状态。该状态被称为图态。利用相邻的量子比特进行ＬＯＣＣ过程，可以完成出发端量子比特的逻辑门操作。根据以上原理，有助于完成电路的设计。可以看出，如何高效的转换量子比特数目图态是其模型计算的难点。（３）绝热量子计算。绝热量子计算的核心思想是：依靠绝热演化的性能，来等效实现量子玄正的变换。当表现为绝对零度时，系统则处于初始状态。此时，如果不存在能级交叉的现象，那么在理论上来将，系统就会保持基态。但是，在系统演化前后，基态就存在玄正变换的关系。在这种情况下，则可以根据绝热的过程，来实现量子计算。以上方案既有优点，也有缺陷。其优点在于保证系统处于基态。其缺陷为能隙缩小，延长了绝热演化的时间。针对以上问题，采用量子仿真技术就可以解决。该技术的应用，促进了科技的快速发展。１．２实验进展（１）量子点体系。量子点体系是在微加工方法的基础上，利用半导体二维电子气，然后成功研制出单电子晶体管。该体系符合量子力学规律，代表了未来量子计算机发展的方向。近年来，国际上多个单位通过研究，在这方面取得了很大进展。研究表明，当半导体量子点具备一定条件后，就可以作为量子芯片。尽管如此，量子芯片在应用的过程中，还存在很大的问题，比如受到周边环境影响较大。鉴于此，在未来的研究中，必须加大力度。（２）超导量子电路。该量子计算的核心是Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ。根据不同的表征量子比特，将其分为三个类型，分贝是电荷、相位，以及磁通。研究表明，该量子电路的特点包括以下两个方面。一方面，利用量子电路结构，能够完成电路的设计、制定。同时，也可以完成对磁通信号的调整、控制。另一方面，根据当前的微电子制造工艺，提高了该量子电路的拓展性。（３）离子阱体系。离子阱体系诞生后，首先实现了量子计算。当前，经过不断的研究，该体系已经在实验方面，取得了很大的进展，其水平非常高。近年来，主要的研究方向为：提高量子操控的单元技术、体系的拓展等。调查显示，美国已经启动了相关的计划，预计能够取得更大的研究成果。２量子计算机的发展趋势近年来，美国实施了研究量子芯片的计划。该计划是时候，不仅推动了量子计算机的研究，而且加大了竞争。随着半导体芯片的快速发展，其晶体管的尺寸也不断减少。目前，与单位流感病毒的大小差不多。其次，晶体管的数目也逐渐减少，量子效应不断增强。在传统模式下，能够达到控制电子的物理极限。当单位晶体管只能容纳一个电子时，也必然满足量子学的规律。可以看出，芯片在发展的过程中，很大程度上依赖于新一代的量子力学计算芯片。随着半导体微电子技术被突破后，就出现了量子芯片。美国竞争力计划推行后，代表了量子芯片的实际应用。由于量子芯片与国家安全、产业安全息息相关，美国相关负责人已经将芯片科技提到重要战略位置。受美国的影响，日本、欧共体等也启动了相关的计划，引发了新的计算机技术竞争。目前，在新的发展形势下，给我国电子个工业也带来了机遇和挑战。因此，我们必须抓住机遇，稳步推行量子调控计划。只有这样，才能在未来不受制于人，实现信息技术的革新。调查显示，近年来，通过不懈的努力，我国已经加快了量子信息技术的发展，并取得了很大成绩。表现为：在多光子纠缠、量子密码技术方面，取得了很大的进展和突破。但是，与西方国家相比，我国的研究基础还很薄弱，缺乏原创性的成果，总体水平还不高。特别是在量子计算机学科主流方向上，与西方国家存在很大的差距。鉴于此，我国需要迫切开展更富有挑战性的量子计算机计划，同时不断壮大科研队伍，保证技术方面的支撑。只有加强基础建设，才能实现新一轮的突破，在国际竞争中抢占制高点。随着社会、经济的快速发展，量子计算机以强大的计算能力，得到了广泛的应用。可以看出，在未来的发展中，量子计算机必然在世界领域内，占有一席之地。尽管如此，该体系在运作的过程中，依然存在很多问题。因此，世界各国需要加大研究的力度，不断创新技术，完善体系，以此来获得更大的研究成果。参考文献 [1]邹奕成，毛杰.量子计算机的发展[J].科教导刊：电子版，2016（24）：131-131.[2]刘超，梁丽，徐亮.计算机的发展趋势分析[J].产业与科技论坛，2013，12（2）：91-92.[3]潘斌辉，孔外平.量子计算机的发展现状与趋势[J].中国科学院院刊，2010，25（5）：4-8.[4]马宏源，李伟.量子计算机的研究与发展[J].北京电力高等专科学校学报：社会科学版，2010，27. 作者简介：王建锋（1974-），男，汉族，籍贯：河南省登封市大金店镇金东村，学士学位，讲师，研究方向：计算机。摘要：与传统的计算工具相比，量子计算机更加先进。应用该工具后，在处理数据上发挥了更强大的功能，解决了以往比较困难的数学问题。基于此，引起了世界各国的重视。本文结合实际的工作经验，对量子计算机的发展现状进行了分析。然后，提出了在未来的时代中，量子计算机的发展趋势。关键词：量子计算机；发展；现状；趋势；分析５７··