量子計算是什么，它能為我們帶來什么

（文章來源：EDA365網(wǎng)）

常規(guī)或“經(jīng)典”計算機由數(shù)十億個晶體管構成， 被“打開”或“關閉”以表示值“ 1”或“ 0”。這允許經(jīng)典計算機使用“二進制數(shù)字”存儲和處理數(shù)據(jù)。而量子計算機使用量子位來處理信息， 可以用超導電子電路來表示。這些量子位能夠同時以多種狀態(tài)存在，讓并行進行大量計算成為可能，從而加快解析的時間。

以硬幣來打比方，傳統(tǒng)晶體管可以表示正面或反面，但是不能同時表示正反面。而量子計算則可以同時表示正面和反面；這被稱作兩種狀態(tài)的疊加。當許多量子位相互結合，或“相互糾纏”時，它們會作為一個實體來運行，即所謂的“超級狀態(tài)”，賦予量子計算極為強大的并行計算能力。這允許一個量子位同時取值“ 1”或“ 0”，或同時取這兩個數(shù)。

確實、創(chuàng)建、維持、操縱和糾錯量子位確實非常困難，但是確實仍在取得重大進展。因此，現(xiàn)在讓我們來看看當今量子計算先驅(qū)的工作：量子計算的先驅(qū)之一是IBM，它的計劃名為IBMQ。2016年，IBM提供了對基于云的量子硬件的訪問，并于2019年1月發(fā)布了IBM Q System One，它被描述為第一個集成量子計算系統(tǒng)用于商業(yè)用途。

英特爾也在推動量子計算的發(fā)展，英特爾于2018年1月宣布了量子處理器叫做“纏結湖” 根據(jù)該公司的網(wǎng)站，英特爾的目標在十年之內(nèi)量產(chǎn)量子計算機，并期望該技術從2025年開始進入其“商用階段”。Google也在開發(fā)量子硬件和軟件，在2019年6月，量子人工智能實驗室的負責人表示Hartmut Neven，Google功能強大的量子處理器現(xiàn)在正以雙倍的速率增長。

這已經(jīng)被稱為“尼文定律”，這表明我們可能達到量子至上的論點：量子計算機可以勝過任何經(jīng)典計算機底。同樣在游戲中，Microsoft在2019年2月宣布了Microsoft Quantum Network 推進量子計算，同年5月，微軟還報告說它將開源其量子開發(fā)套件，其中包括其Q＃量子計算編程語言和編譯器。

另一位長期量子計算先驅(qū)是D-Wave Systems，該公司于2018年10月推出一個基于云的量子應用程序環(huán)境，稱為Leap。這提供了對D-Wave 2000Q量子計算機的實時訪問，并于2019年3月已擴展到日本和整個歐洲。其他量子計算先驅(qū)包括中國的阿里巴巴，阿里巴巴于2018年3月推出了“ 量子計算云”。Rigetti還提供了“量子云平臺”，以及其他開創(chuàng)性的量子計算純游戲，包括量子電路和IonQ。

因此，我們有疑問的是，將要使用什么量子計算機？量子計算的第一個殺手級應用可能是量子分子建模， 也稱為量子化學。這聽起來似乎很抽象， 但是如果您給我?guī)追昼姷臅r間，我將解釋為什么量子分子建模會幫助將計算推向新時代。

現(xiàn)在，分子是結合在一起的多個原子。例如，水分子包含兩個氫原子和一個氧原子，或者，咖啡因分子包含八個碳原子，以及十個氫，四個氮， 和兩個氧原子，即使咖啡因分子看起來相當簡單，但是計算機還是無法建模，無法完成在量子水平上的建?！，F(xiàn)在我們確實擁有允許我們建立分子模型的軟件-例如我們現(xiàn)在正在查看的MolView軟件包， 并且些現(xiàn)有軟件包還可以模擬分子行為的基本化學反應和互動。

但是沒有計算機能夠準確地模擬每個原子內(nèi)部的亞原子粒子可能涉及的數(shù)據(jù)數(shù)量。因為分子本質(zhì)上是量子的，所以模擬它們所需的硬件也需要是量子的，這就是量子計算機將變得如此重要的原因。我們也已經(jīng)知道量子分子模擬是可行的。

在德國還有一家名為HQS Quantum Simulations的新興公司，該公司正在開發(fā)用于分子和過程的量子模擬的軟件，來打破專門化學品，材料，農(nóng)用化學品和藥物的開發(fā)方式。 今天，我們無法準確地模擬一杯咖啡的狀況。然而，從現(xiàn)在起的十到二十年后，我們可能會使用量子計算機來運行復雜的分子模擬。這將改變我們對化學，物理生物學的理解。 反過來，它將改變我們的工程和醫(yī)學實踐。

想象一下如果您將來生病，未來的醫(yī)生或AI可以建立量子模擬整個身體，然后還建立不同藥物的量子模擬，并在您身體的量子模擬。他們可能會在幾個星期的模擬時間內(nèi)測試成千上萬種藥物， 他們可以在幾微秒內(nèi)完成所有這些操作，那將是真正的革命。

這不只是醫(yī)學，我們將能夠使用量子分子模擬來模擬氣候，預測天氣，開發(fā)新材料，測試新的建筑方式等等難以模擬的事情。而且還有可能使用量子計算機來建立物理場的精確模擬世界，這將是非常具有革命性的。今天，我們正在進入“認知計算時代”，它將是像神經(jīng)網(wǎng)絡這樣的技術，可以使計算機學習從樣本數(shù)據(jù)中獲取數(shù)據(jù)并預測適當?shù)捻憫?/p>

但是量子分子建模也將證明這只是認知計算時代的一個方面，因為量子模擬可能會被用來極大地增進我們對物質(zhì)世界的認知和復雜分子系統(tǒng)行為的量子預測，進而改善我們的生活。量子分子建模與當今大多數(shù)計算應用程序大不相同。在整個歷史上，最具革命性的新技術一直被用來實現(xiàn)新事物，而不是以新方式做舊事物，所以未來大多數(shù)量子計算機將花費大部分時間執(zhí)行當今大多數(shù)人甚至無法想象的量子算法。
（責任編輯：fqj）