量子计算：真正的计算革命颠覆者

小编刘卫华 | 分类：快讯 / 精选 | 发布日期 2016年10月17日

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（YiViAn 2016年10月17日）量子计算机的影响将会十分巨大，而我们在明年或许能看到第一台真正的量子计算机。

何为量子计算

摩尔定律（或者说集成电路的指数增长）实际上是指计算的第五种计算范式。以下是基本计算范式的列表：（1）电子管（2）真空管（3）继电器（4）晶体管（5）集成电路。

量子计算机或许是第六种计算范式，因为其工作原理跟“传统”的计算机完全不一样。

传统的计算机通过“位”进行计算，这些“位”只有两种状态：0和1。与之对比，一台量子计算机使用的是“量子位”或者说“量子比特”。得益于量子叠加原理，这些量子位可以记录“0”，“1”，或者同时记录“0和1”。

这种能力让量子计算机能够解决一些普通计算机难以处理的复杂问题。

量子位的潜力在于它们会以指数式增长。一台两个量子位（two-qubit）的机器可让你同时进行四种运算；一台三个量子位（three-qubit）机器可进行8种运算；一台四个量子位（four-qubit）的机器可同时进行16种运算。

IT博客TechTarget在形容原子计算时写道：“如果可行，量子计算机的发展将标志着计算能力实现质的飞跃，其性能会提高亿万倍，远远超过从算盘时代到现代超级计算机所加起来的计算性能。”

量子计算的影响

真正的量子计算机的影响将会十分惊人，会对当今社会产生巨大的影响。就YiViAn看来，量子计算机有以下5种主要的应用：

机器学习：大部分的机器学习都是“模式识别”。这种算法会识别数据之间的不同之处，并尽可能多地判别出这些不同之处，从而找到描述该数据的最佳模型。通过量子计算，我们可以更有效地处理这个过程。量子计算可以让你同时对比更多的数据，以及不同的排列组合，从而发现描述该数据的最好模型。这将会促使更强大的虚拟现实、人工智能的出现，相信量子计算将会为全球VR、AI的发展带来积极的拐点（顺便说一句，这也是谷歌会如此努力进行研发的原因）。
医药：量子计算还可以让我们在原子层面上对复杂的分子相互作用进行建模，这对医学研究和药物研发来说特别重要。很快，我们将能够为人类基因组中所有的20000多个蛋白质编码基因进行建模，并开始模拟出它们与现有药物或尚未发明的新药物之间的相互作用。基于这些药物相互作用的分析，我们将能够找到可治疗曾被认为是不治之症的方法，并有望加快新药上市的时间。量子计算机模拟将会是我们研发和选择下一代药物和癌症治疗手段的新方法。
化学（和气候变化）：担心全球气候危机？想知道我们能做些什么吗？量子计算机可能是让我们了解正在发生的一切，并与之进行对抗的新方式。量子计算机将允许我们解锁出“模拟-驱动”的解决方案，或者还能研发出新的催化剂，收集大气中的碳元素，并将其转化为低成本和可循环使用的经济产品。
材料科学与工程：因为我们可以模拟出原子层面的相互作用，我们可以探索和发明更好的新材料。我们可能会找到更好的超导体，更好的磁铁，这会让我们创造出能量密度更高的电池和其他产品。自2011年以来，美国联邦政府已向材料基因组计划提供了超过2.5亿美元的资金，把新材料研发周期减半，成本降低到现有的几分之一，以期加速美国在清洁能源、国家安全、人类健康与福祉以及下一代劳动力培养等方面的进步。
仿生学，能源系统和光伏发电：科学家相信大部分世界都是建立在量子系统之上。比如说，像光合作用这样的机理可能依赖于量子力学系统。因此，当我们在自然界中寻找灵感以开发出更好的能源系统或更高强度的材料时，只有通过量子计算机来为这些机理进行建模，我们才能完全发挥出其真正的潜能。在这一过程中我们也会得到更多的发现和进步。

可以说，如果量子计算可行，我们将能掌控宇宙的基石。

谁在研发量子计算技术

量子计算领域正在进行一项竞赛，一场被称为“量子霸权”的竞赛。量子霸权这场测试基本上是检验你所拥有的是怎样的一台计算机，事实上，是怎样的一台量子计算机。

美国目前有三家主要的厂商：