驚人的量子計算機-再也沒有交通擁堵的噩夢啦！

知識 06-29

想像一下，你被要求5分鐘內在國會圖書館某一本書的某頁上找到一個大寫字母「X」，這幾乎是不可能的，因為那裡有5000萬冊書。但是如果你處於5000萬個平行現實中，每個現實都可以查看不同的書籍，你肯定能在其中某個現實中找到這個「X」。在這個假設中，普通計算機就是像瘋子一樣的那個你，需要5分鐘內找遍儘可能多的書。而量子計算機卻能將你複製出5000萬個，每個只需翻找一本書即可。

這聽起來好像魔法或巫術，但你並非唯一這樣認為的人。著名物理學家理查德·費曼（Richard Feynman）曾說過：「如果你自以為已經理解了量子物理學，實際上你並未真正理解它。」底線是，普通計算機只能按照時間順序一個個地解決問題，而量子計算機卻可以同時解決多個問題。這種超快速度可能徹底改變所有行業。

量子計算機不僅速度超快，與普通計算機相比，它還能解決複雜得多的問題。在尋找問題解決方案的時候，它們與人類極為相似，這將令它們可以執行許多人類才能勝任的工作。在全功能的量子計算機誕生前，我們肯定還有很多技術問題有待解決。但是美國主流網路媒體BI評選出量子計算機最令人激動的7大應用，它們或以這些方式改變世界：

1.提供更為精準的天氣預報

量子計算機初創企業QxBranch的董事會成員雷伊·約翰遜（Ray Johnson）表示，即使用最尖端的儀器分析溫度和壓力時，也會出現太多可能性，氣象模擬變化多端，而當前的天氣預報多數也都屬於經過分析的大致猜測。但量子計算機可以一次分析所有數據，向我們提供更好的模型，精準地顯示惡劣天氣會在何時何地出現。我們可以提前得知颶風等災難來襲，並有額外時間拯救更多生命。

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谷歌工程主管哈特穆特·奈文(Hartmut Neven)同時指出，量子計算機可以幫助建立更好的氣象模型，這可以讓我們更深入地了解人類如何影響環境，並幫助我們確定現在能夠採取哪些措施，以便能預防災難發生。了解更多有關氣候如何變化的趨勢，從長期來看將對我們有很大幫助。

2.藥物發現過程更高效

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開發一種新葯是非常複雜的過程。化學家們需要進行無數不同分子組合方式試驗，以找到可真正有效治癒疾病的藥物特性。這一過程可能需要數年時間，耗費數百萬美元資金。但化學家們將這些組合進行後期實驗時，依然會有很多組合失敗。

而量子計算機可以繪製出數以萬億計的分子組合模式，並迅速確定最有可能生效的組合，這將大大節省研發成本和藥物研發時間。與我們當前所用方式相比，量子計算機為人類基因分析排序的速度也更快，這將幫助研發個性化藥物和醫療保健方式。

比如，現在很多藥物無法投入市場，因為一部分人對其反應特別嚴重。為此，我們通常會選擇放棄這種藥物，儘管其可能對許多人有很大幫助。隨著個性化基因分析的出現和了解更多藥物原理，我們將可以預測出這些不良反應。

3.再也沒有交通擁堵噩夢

量子計算機可以簡化空中和地面交通控制的工作量，因為它們善於迅速計算出最佳路線。如果你計劃公路旅行，期間要在10個不同的地方停留，普通計算機可能需要單獨計算所有可能路線的長度，然後篩選出最佳路線。而量子計算機可以同時計算所有路線的長度，並以更快的速度篩選出最佳路線。

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使用量子計算機對空中交通模式進行複雜分析，意味著可進行更高效的飛行調度，並節省出行所需時間，因為我們可以更好地避免機場飛機起飛和著陸造成的瓶頸。同樣的技術也可被應用到高速公路和複雜城市電公路網中，以避免擁堵。

4.可加強軍事和國防

約翰遜說，衛星不斷收集大量照片和視頻資料。任何人都不可能搜遍和分析如此多的數據，因此很多數據只是被扔在一邊。在某些被丟棄的數據中，我們可能錯過關鍵情報。

但量子計算機卻可以比普通電腦或人類快得多的速度篩選大量數據，並向我們提供哪些照片或視頻應該做進一步分析，哪些可以忽略和丟掉。普通計算機也不太擅長「瓦爾多在哪兒？」此類識別任務，但像人一樣，量子計算機卻非常善於從混亂的背景中找出具體細節。

5.安全的加密通信

無論我們自己是否意識到，我們實際上一直都在使用加密技術。當我們查看電子郵件或使用信用卡網上購物時，我們都非常依賴加密技術。通過使用與量子計算機類似的怪異量子力學特性，加密技術將變得更加安全。

這種超級安全通信被稱為「量子密匙分配」，它允許某人發送信息給其他人，而只有使用量子密匙解密後才能閱讀信息。如果第三方攔截到密匙，鑒於量子力學的怪異魔力，信息會變得毫無用處，也沒人能夠再讀取它。這種通信技術的初級版本已經在歐洲一些地方開始使用，但依然無法在美國大規模使用。

但是量子計算機的同樣原理可令通信變得更加安全，量子計算機可令破解我們當前使用的加密信息更為容易。愛德華·斯諾登（Edward Snowden）曝光的NSA絕密文件中稱，NSA也有開發量子計算機的計劃。如果黑客獲得量子計算機，銀行和政府等老式加密數據可能陷入嚴重危險中。

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6.加速太空探索

利用開普勒太空望遠鏡，天文學家已經在太陽系外發現近2000顆系外行星。開普勒的任務還包括盯緊這些行星，等待它們從宿主恆星前面通過。屆時，這些系外行星會投下陰影，天文學家可分析和預測這些行星上的大氣狀況，以及它們是否適合生命生存。

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量子計算機可應付太空望遠鏡獲得的更多數據，並發現更多系外行星，幫助迅速確認哪些行星最有可能適合生命生存。量子計算機甚至能夠發現開普勒望遠鏡錯過的系外行星。

7.機器學習和自動化

這聽起來似乎令人覺得毛骨悚然，但像人類一樣，量子計算機可從經驗中吸取教訓。它們可自我糾錯，比如，量子計算機實際上可以修改出現亂碼的程序代碼。這一概念被稱為機器學習，與Facebook新聞流會根據你的「點贊」而進行相應變化類似，只是更為複雜。

量子計算機的機器學習可幫助我們更快、更高效地做很多事情，量子計算機功能的持續改善可能促使半自動車輛和其他先進人工智慧誕生。所有這些應用都令人激動不已，但要實現這些目標，我們依然有很長的路要走。很多公司和機構都在研發量子計算機，包括谷歌和美國宇航局等。當這些大公司和機構參與到類似前沿技術中時，我們通常不會等太久就會看到重大突破。

約翰遜認為，我們正處於「大發現」的風口浪尖上。這些「大發現」將有助於改善各種應用，而且實際上這還僅僅是個開始。他說：「我認為量子計算機將有很多我們今天無法想像的應用。」

本期編輯|霧裡人

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