在人們即將迎來量子計算時代的同時，有人擔心量子計算機可能會破壞互聯網，使幾乎所有數據安全協議過時，另一方麵又可以幫助我們計算擺脫氣候危機的方法。
這些超強大的設備是一種利用量子力學特性的新興技術，備受關注。
就在上個月，IBM 推出了其最新的量子計算機 Osprey，這是一款新的 433 量子位處理器，其功能是 2021 年才推出的前身的三倍。
- 量子計算機有其缺陷，無法解決所有問題，但他們仍然是革命性的。
量子是一個科學領域，在原子和亞原子粒子的尺度上研究自然的物理性質。
量子技術的支持者表示，這些機器可能會在藥物發現和材料科學等領域迎來快速發展 - 這一前景帶來了創造更輕，更高效的電動汽車電池或材料以促進有效二氧化碳捕獲的誘人可能性。
隨著氣候危機迫在眉睫，希望解決此類複雜問題的技術必將引起濃厚的興趣。
難怪世界上一些最大的科技公司——穀歌、微軟、亞馬遜，當然還有IBM——正在大力投資，並努力在量子未來中占據一席之地。
量子計算機如何工作？
鑒於這些聽起來像烏托邦的機器正在引起如此瘋狂的興趣，了解它們是如何工作的以及它們與經典計算的區別可能是有用的。
以我們今天擁有的每一台設備為例 - 從我們口袋裏的智能手機到我們最強大的超級計算機。它們運行並始終按照相同的二進製代碼原理運行。
從本質上講，我們計算機中的芯片使用微小的晶體管，用作開/關開關，給出兩個可能的值，0或1，也稱為位，二進製數字的縮寫。
這些位可以配置為更大、更複雜的單元，本質上是用數據命令編碼的 0 和 1 的長字符串，告訴計算機該做什麽：顯示視頻;顯示臉書帖子;播放 MP3;讓您鍵入電子郵件，依此類推。
但是量子計算機呢？
這些機器以完全不同的方式運行。代替經典計算機中的比特，量子計算中信息的基本單位是所謂的量子比特或量子比特。這些通常是亞原子粒子，如光子或電子。
量子機器先進計算能力的關鍵在於它操縱這些量子比特的能力。
量子比特是一個兩級量子係統，允許你存儲量子信息。而不是隻有兩個級別的零和一個，你可以在這裏的經典計算中擁有，我們可以建立這兩個狀態的疊加。
重合
量子比特中的疊加意味著與具有兩個可能值 0 或 1 的二進製係統不同，疊加的量子比特可以同時為 0 或 1 或 0 和 1。
如果你不能理解這一點，那麽經常給出的類比是一分錢。
當它靜止時，一分錢有兩個麵，頭或尾。但是如果你翻轉它呢？還是旋轉它？在某種程度上，它同時是正麵和反麵，直到它著陸，你可以測量它。
對於計算來說，這種同時處於多種狀態的能力意味著你有指數級更多的狀態來編碼數據，這使得量子計算機比傳統的二進製代碼計算機強大得多。
量子糾纏
另一個對量子計算如何工作至關重要的屬性是糾纏。這是量子力學的一個有點神秘的特征，甚至讓愛因斯坦在他那個時代感到困惑，他宣稱它是“遠距離的幽靈行動”。
當兩個量子比特在糾纏狀態下生成時，糾纏對中的一個量子比特發生的事情與另一個量子比特發生的事情之間存在直接可測量的相關性，無論它們相距多遠。這種現象在古典世界中是沒有可比性的。
糾纏的這種特性非常重要，因為它在不同單元和量子比特之間帶來了更強大的連接性。因此，該係統的精心設計能力比經典計算機更強，更好。
事實上，今年諾貝爾物理學獎授予了三位科學家，Alain Aspect，John Clauser和Anton Zeilinger，以表彰他們在糾纏和推進量子信息領域的實驗。
為什麽我們需要量子計算機？
簡而言之，這些是量子計算機工作方式的基石。
但同樣，當我們已經擁有超級計算機時，為什麽我們一定需要如此強大的機器？
量子計算機將使物理世界的模擬變得更加容易。
量子計算機將能夠更好地模擬量子世界，因此可以模擬原子和分子。這將使量子計算機能夠幫助設計和發現具有定製特性的新材料。
如果我們能夠設計出更好的儲能材料，我們就可以解決移動性問題。如果能夠設計出更好的材料作為肥料，我就能夠解決饑餓和糧食生產的問題。如果能夠設計一種新材料，我們]就進行二氧化碳捕獲，我就能夠解決氣候變化問題。
不良副作用？
當然，當我們進入量子時代時，也可能存在一些不良的副作用。
一個主要的擔憂是，未來的量子計算機可能擁有如此強大的計算能力，以至於它們可以破壞我們今天擁有的互聯網安全的基礎加密協議。
蘇黎世IBM研究實驗室的密碼學家Vadim Lyubashevsky為此解釋說：“當人們通過互聯網交流時，任何人都可以聽到對話。因此，它們必須首先加密。兩個沒有見過麵的人之間的加密方式是，他們必須依靠一些稱為RSA或橢圓曲線的算法，Diffie-Hellman，來交換密鑰。”
大型科技公司首次實現“量子霸權”對我們的隱私來說是個壞消息
交換密鑰是困難的部分，這些需要一些數學假設，這些假設會被量子計算機打破。
為了防止這種情況，Lyubashevsky說，組織和國家行為者應該已經將他們的密碼學更新為量子安全算法，即。量子計算機無法破解的那些。
其中許多算法已經構建完成，其他算法正在開發中。但是，還有一個問題，即已經存在的數據尚未使用量子安全算法進行加密。
一個非常大的危險是，政府組織現在已經在存儲大量的互聯網流量，希望一旦他們建立了量子計算機，人們就能夠破譯它。
所以，即使現在事情仍然安全，也許現在正在傳輸的東西在10年，15年後仍然很有趣。那時，無論誰建造量子計算機，政府都將能夠解密它，並可能使用他不應該使用的信息。
盡管如此，考慮到量子計算的潛在好處，Lyubashevsky表示，這些風險不應該阻止這些機器的發展。破解密碼學不是量子計算機的重點，這隻是一個副作用。
量子技術應承諾“不可破解”的手機和超級安全的網絡
它有望有更多有用的實用程序，例如提高發現化學反應並將其用於醫學和類似事物的速度。所以這就是量子計算機的意義所在。
當然，量子技術有負麵的副作用，它會破壞密碼學。但這並不是不建造量子計算機的理由，因為人們可以修補它，而且已經修補了它。所以這是一個可以解決的問題。
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