关于量子计算机你需要知道这些事

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7月初，谷歌宣布将扩大其商业云计算服务，包括量子计算。自5月份以来，IBM已经提供了类似的服务。然而，大多数普通人通常在任何地方都不需要这些服务。

然而，如果它能降低访问和使用量子计算机的难度，它将有助于提高世界各国*、学术和企业研究团体继续研究量子计算的能力。

为了理解量子系统，我们需要探索一个大多数人都不熟悉的物理领域。

根据生活经验，我们熟悉物理学家所说的“经典力学”，它主宰着我们肉眼所见的世界的大部分，例如汽车撞上建筑物时的现象，扔球时的轨迹，以及为什么在海滩上拖着一台又一台冰箱时会有如此大的阻力。

但是量子力学描述了一个包含质子、电子和光子的亚原子世界。量子力学的定律与经典力学的非常不同，这可能会导致一些意想不到的和违反直觉的结果，例如一个物体可能有负质量。

量子物理学简介

在我们的日常生活中，我们习惯于定义一种存在状态。例如，灯泡是开着的还是关着的？

但是在量子世界中，物体可以处于所谓的叠加状态:一个假想的原子灯泡可以同时开启和关闭。这个奇怪的特性对计算有重要影响。

经典力学中最小的信息单位——也就是现在的经典计算机中最小的信息单位——是比特，它不是0就是1，但是0和1不能同时存在。因此，每个字节只能保存一条信息。

这些二进制位可以表示为电脉冲、磁场变化甚至物理开关，它们构成了当今计算机和信息网络中所有计算、存储和通信的基础。

量子比特是经典力学中的单位，比特，以及它在量子力学中的等价物。

它们之间最基本的区别之一是，由于状态的叠加原理，量子比特可以同时保持0和1的值。此外，量子位的物理实在本质必须在原子尺度上:例如，作为电子自旋或光子极化的单位。

用量子位计算

另一个区别是二进制位可以独立操作:在一个位置翻转0或1对其他位置没有影响。但是量子比特相互依赖，因为量子纠缠的本质——即使它们相距很远。

这也意味着在量子计算机的一个量子位上执行的操作可以同时影响多个其他的量子位。这种属性有点类似于并行处理，但它是不同的。量子纠缠使得量子计算比经典系统快得多。

大型量子计算机，即拥有数百个量子位的量子计算机，目前还不存在，而且很难制造，因为它们需要在原子水平上操作和测量。

例如，IBM的量子计算机目前有16个量子位，而谷歌已经承诺在今年年底前推出49个量子位。这将是一个惊人的进步。

相比之下，目前的笔记本电脑有几十亿字节的内存，每十亿字节有80亿位经典力学。

强大的工具

尽管制造量子计算机很困难，但理论家们仍在探索它们的潜力。1994年，彼得·肖尔展示了量子计算机快速解决复杂数学问题的能力，这些问题是所有常用的公钥加密系统的基础，如提供网络浏览器安全连接的程序。

众所周知，大规模量子计算机将完全危及互联网安全。密码学家正在积极探索新的公钥算法，这些算法将具有“量子抗性”

有趣的是，量子力学定律也可以用来设计密码系统。从某种意义上说，它比经典计算机的模拟系统更安全。例如，量子密钥允许双方共享一个密码，没有人能使用经典或量子计算机重置它。

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