量子計算具有裏程碑式的優勢
量子計算具有裏程碑式的優勢。 量子計算機 可以解決最強大的非量子或經典計算機無法解決的問題。
量子計算機利用它的奇異的性能來解決問題。量子指的是原子和分子或更小粒子的尺度。當我們體驗它們時，物理定律被打破，然後應用一套不同的、違反直覺的定律。
有些問題是傳統計算機無法解決的，例如破解最先進的加密算法。近幾十年的研究表明，量子計算機有可能解決其中的一些問題。
如果一台量子計算機能夠被建造出來，並且確實解決了這些問題中的一個，那麽它就證明了量子優勢。
量子物理學家是研究量子信息處理和量子係統的控製。
這一科學和技術創新的前沿不僅有望在計算方麵取得突破性進展，而且代表了量子技術的更廣泛的激增，包括量子密碼學和量子傳感的重大進展。
量子計算的力量之源
量子計算的核心是量子位。與隻能處於0或1狀態的經典位不同，量子位可以處於0和1的任意組合狀態。這種既不是 1 也不是 0 的狀態稱為量子疊加 。對於每一個額外的量子位，可以用量子位表示的狀態數加倍。
這個屬性經常被誤認為是量子計算能力的來源。相反，這是一個複雜的相互作用的疊加，幹涉和糾纏 。
幹涉涉及操縱量子位元，使它們的狀態在計算過程中建設性地結合，以放大正確的答案，並抑製產生錯誤的答案的破壞性。
相長幹涉是當兩個波的波峰——如聲波或海浪——結合起來產生一個更高的波峰時所發生的現象。相消幹擾是波峰和波穀結合並相互抵消時發生的現象。
量子算法數量不多，設計起來也很困難，它通過建立一係列的幹涉模式來產生問題的正確答案。
糾纏在量子比特之間建立了一種獨特的量子關聯：一個量子比特的狀態不能獨立於其他量子比特來描述，不管它們之間有多遠。這就是愛因斯坦著名的“幽靈般的超距作用”。
糾纏的集體行為，通過量子計算機的編排，使計算速度超出了經典計算機的範圍。
量子計算的應用
量子計算有一係列的潛在用途，它可以超越經典計算機。在密碼學中，量子計算機既帶來了機遇，也帶來了挑戰。最顯著的是,它們有可能破解當前的加密技術算法 ，如廣泛使用的 RSA 格式 。
這樣做的一個後果是，今天的加密協議需要重新設計，以抵抗未來的量子攻擊。這一認識導致了後量子密碼學的蓬勃發展。
經過一個漫長的過程，美國國家標準與技術研究院最近選定了四種抗量子算法，並已經開始準備這些算法，以便世界各地的組織可以在其加密技術中使用。
此外，量子計算可以極大地加速量子模擬：預測在量子領域操作的實驗結果的能力。著名的物理學家理查德·費曼（ Richard Feynman ） 40 多年前就 預見到了這種可能性 。
量子模擬提供了化學和材料科學的巨大進步的潛力，有助於在藥物發現的分子結構的複雜建模等領域，並使發現或創造具有新穎性能的材料。
量子信息技術的另一個用途是量子傳感 ：探測和測量物理特性，如電磁能量、重力、壓力和溫度，比非量子儀器具有更高的靈敏度和精度。
量子傳感技術在環境監測 、 地質勘探 、 醫學成像和監視等領域有著廣泛的應用。
量子互聯網的發展是連接量子計算和經典計算世界的關鍵步驟。
這個網絡可以使用量子加密協議，如量子密鑰分發 ，使超級安全的通信通道免受計算攻擊，包括使用量子計算機的攻擊。
盡管量子計算的應用套件不斷增長，但開發充分利用量子優勢的新算法，特別是在機器學習中 ，它麵前仍然是一個正在進行的研究的關鍵領域。
美國麻省理工學院研究人員開發的量子傳感器原型可以探測到任何頻率的電磁波
保持連貫性和糾正錯誤
量子計算領域在硬件和軟件開發方麵麵臨重大障礙。量子計算機對與其環境的任何無意的相互作用高度敏感。這導致退相幹的現象，量子比特迅速退化到經典比特的0或1狀態。
建造大規模的量子計算係統，能夠實現量子加速的承諾，需要克服退相幹。關鍵是開發有效的抑製和校正量子錯誤的方法， 這是科學家的研究重點 。
在應對這些挑戰的過程中，許多量子硬件和軟件初創公司與穀歌和IBM等成熟的技術行業參與者一起湧現。
出於對這一行業興趣，加上來自世界各國政府的大量投資，凸顯了對量子技術變革潛力的集體認識。這些舉措促進了學術界和產業界合作的豐富生態係統，加速了該領域的進展。
量子優勢將進入視野
量子計算有朝一日可能會像生成人工智能的到來一樣具有破壞性。當前，量子計算技術的發展正處於關鍵時刻。
一方麵，該領域已經顯示出取得了狹義的專門量子優勢的早期跡象。 穀歌的研究人員 和隨後中國的研究團隊證明了量子優勢， 可以生成一組隨機數 。科學家展示了一個隨機數猜測遊戲的量子加速。
另一方麵，存在著進入"量子冬天"的切實風險，即如果短期內不能取得實際成果，投資就會減少。
雖然技術行業正在努力在短期內提供產品和服務的量子優勢，學術研究仍然集中在調查支撐這一新的科學和技術的基本原則。
這項正在進行的基礎研究，由那些孜孜不倦的量子科學家的不斷探索，確保了該領域將繼續進步。
