量子计算的挑战与前景

直到最近，量子计算更多地存在于科幻领域，而不是现实。现在，随着计算技术和解决复杂问题的需求增加，量子计算正在进入主流。

虽然仍处于实验和开发阶段，但在很大程度上，量子计算有望彻底改变计算的方式和速度。

尽管量子计算变得越来越可行，但许多人并不了解量子计算是什么，以及它与经典或二进制计算有何不同。

我们与量子计算领域的专家进行了交谈，以帮助解释；并了解他们对这项新兴技术最终将如何改变世界的评估。

“量子计算是一个全新的范例，它利用量子力学来处理量子比特的信息”，经典和量子软件供应商，量子计算战略和营销副总裁Rebel Brown告诉TechNewsWorld。

“与经典计算中的二进制不同，量子比特可以同时保持多个状态。在这种情况下，数据驻留在多维空间中的1和0中。”在这里，她解释说，“一个数据单位可以同时是1和0，这取决于影响该数据的其他维度发生了什么。这是对‘叠加’概念的简化解释。”

量子纠错

虽然看起来很神奇，但量子计算在很大程度上植根于物理世界。然而，它使用物理世界的现实来计算复杂的问题，比传统计算更快、更有效。

布朗说：“这种多维空间可以为业务优化问题的潜在结果创建概率模型。”“量子方法还可以处理更大量的数据，因此它们可以加速复杂的分析和获得结果的时间，并提高分析质量。”

利用量子计算的力量一直很棘手，特别是因为在访问其数据的过程中会出现错误。特别是纠错方面的新技术，使可用的、可扩展的量子计算变得更加现实。

“与传统比特不同，量子位非常容易出错，并且本质上不稳定，需要大量新颖的系统来创建、控制和维护这些实体，”通用量子公司首席执行官兼联合创始人塞巴斯蒂安·威特博士向TechNewsWorld解释道。

“解决这些错误是关键，”他继续说道。“幸运的是，存在一种称为量子纠错的算法，它是一种纠正错误的算法。为了使量子纠错工作并释放这些机器的全部潜力，我们需要大量——可能是数百万个——量子比特。”

“因此，如果你真的想开发真正有用的量子计算机，那么建造能够达到这种规模的量子计算机是至关重要的，”Weidt说。

量子计算优势

更快的速度和效率是将量子计算发展为可用技术的主要目标。传统计算机的速度、大小和效率都有限制，理论家们希望量子计算能解决其中的一些限制。

“量子的多维分析提供了许多优于经典计算的二进制数据分析的优势，”布朗指出。

“使用经典计算，今天的数据量限制了复杂计算或模拟的性能和解决问题的能力。随着数据的增长，容量开始降低经典处理器的性能，并最终使经典处理器过载。”

“另一个关键的区别是，”布朗提出，“量子问题解决的多维空间允许同时检查所有潜在的组合，提供一系列潜在的答案，这些答案都满足问题的限制条件。”

由于其独特的特性，量子计算有一天可能会被定位为解决现代世界中一些最独特的复杂问题。

“我们的世界已经充满了即使是最快的计算机也难以解决的问题——从基因表达和蛋白质折叠等生物学问题，到核武库中的量子行为模拟，”维克森林大学物理学教授大卫·卡罗尔博士向TechNewsWorld解释道。

“我们通过非物理假设来简化这些问题，这样我们的计算机就可以处理它们。在量子计算的未来，这将不再是必要的。

“最终，这意味着更可靠的药物发现，更安全的互联网，我们可以信任的自动驾驶汽车，利用群体动力学的复杂性来更有效地保卫我们的国家，更有效地预测天气模式以及疾病在我们星球上的传播，等等，”他建议道。

如果这项技术发展到主流和可扩展的程度，量子计算有望在计算世界掀起一场革命。

哈佛大学计算材料科学助理教授Prineha Narang博士告诉TechNewsWorld：“量子计算的前景是彻底改变高性能计算（HPC），使以前认为不可能的计算成为可能，比如大数的质数分解、物流优化问题、多体系统的现实建模等等。”

“功能强大的大规模量子计算机的可用性将对我们的生活产生重大影响，极大地改变通信安全，使新分子、材料和药物成为可能，改善交通和物流优化，并改善机器学习和人工智能。

她解释说：“工程师和研究人员已经准备好在他们的高性能计算环境中接纳量子的力量，但是目前这一代量子计算硬件有太多的限制，这些限制掩盖了它的革命性潜力。”

未来近在眼前

量子计算在很大程度上仍处于实验阶段，但它开始看起来最终可能是可行和实用的。

“经过几十年的实验和理论努力，我们现在在量子计算和量子模拟领域看到了量子计算优势的第一个例子，”纳朗说。“现在有机会建立和使用最强大的量子计算机和量子模拟器，以实现由社区提供和共同开发的新应用和新科学。”

如果这门科学成为主流，量子计算将有多种应用；有些已经知道，有些还有待发现。

Weidt指出，“量子计算应用的有用性在一定程度上随着高质量量子比特的数量而扩大。”

“随着规模的扩大，量子计算将从根本上改变我们处理化学等领域问题的方式。量子计算机巨大的处理能力意味着我们可以模拟复杂的化合物。他详细介绍说，这对改进药物发现、更好的电池和更清洁的肥料都有帮助。

他补充说：“人工智能和机器学习、网络安全、金融建模、物流优化，甚至天气预报和气候变化，都可以找到量子计算的应用。”

最终，由于这项技术是如此的新颖和不断发展，它承诺了许多尚未想象到的应用。

Weidt说：“尽管有很长的应用清单，但我认为我们对量子计算机的全面应用的了解还只是皮毛。”