5分鐘讓你明白量子計算機是什麼

前言：

有了量子計算機，你還需要你的電腦嗎？下面這個視頻可以給你提供答案。

視頻來自《Nature自然科研》

撰文 | Nature自然科研

量子計算機最近是大新聞，幾乎每周我們都能聽到關於其穩定性和運算能力的新進展。但對許多人來說，量子世界是神秘而令人迷惑的。在Nature Outline-量子計算中，我們用信息化圖示和視頻介紹經典計算和量子計算之間的差異，並向讀者介紹量子計算領域的基本術語。

我們的電腦還能怎麼更先進？隨著越來越多的智能操作系統走下銀幕，走進普通人的家中，看上去電腦可以解決任何問題。但實際上，很多科技領域的進步是有限的，因為目前的電腦效率太低。即使是最強大的超級計算機，當存在太多相互作用的元素時，也不能準確地計算出新材料、化學結構或生物系統的性質。

我們需要一種新型的計算方式，把計算機試圖克服的這種複雜性給利用起來。量子計算機這個概念的第一次提出是20世紀80年代，當時有人提出也許可以根據量子物理學而不是經典物理學來構建計算機。但是這種方法需要組裝和控制量子系統——這是一項非常困難的任務。通常，量子現象只出現在物質基本組成部分的水平上，如原子和電子。

但是，一旦建立起了量子系統，它們將提供大量的可能性。描述區區幾百個粒子的一般量子態，所需變數的數量就超過了宇宙中的原子數。沒有任何經典計算機能有內存來存儲這麼多的信息。但是，如果豐富的量子狀態被用於編碼信息，就能打開計算的全新世界。模擬材料和分子的行為將變得容易，大型資料庫的快速搜索和全新的密碼學方法也不在話下。

過去二十年來，人們在分離，操縱和測量可形成量子計算機基礎的元素方面取得了穩步的進展，無論是單個量子實體，如原子，電子或光子，還是顯示量子力學行為的人造系統，如半導體結構或微型電子電路。研究人員現在已經有了量子計算機可以工作的原則證明，但是接下來要解決的前所未有的挑戰的規模之巨大也是很明顯的。

世界各地的物理學家，數學家，計算機科學家和工程師正在試圖解決這樣一個問題——該如何構建和操作一個足夠大的量子計算機，從而能夠在一些任務中打敗經典計算機。商業公司也參與其中。

最終的量子計算機會是什麼模樣，它將使用哪種量子系統，以及它究竟能解決哪些問題依然懸而未決。所有這一切都在推動各種激動人心的研究。

圖片來自《Nature自然科研》

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