什么是量子计算,它是真实的吗?它如何改变事物?

技术教程7个月前更新 多啦导航
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在当今时代,标准计算机与几十年前相比无疑是先进的。然而,随着现在计算机的速度和多样化,很难想象还有什么可以做得更好。输入量子计算。这一科学领域旨在利用宇宙法则来实现令人难以置信的目标。

那么,量子计算到底是什么,它将如何影响我们未来的世界?

什么是量子计算?

什么是量子计算,它是真实的吗?它如何改变事物?尽管量子计算的动力学至今仍在研究中,但它最初是由物理学家 Paul Benioff 在 20 世纪 80 年代提出的。这时,贝尼奥夫提出了图灵机的量子计算模型。此后,后来的个人帮助发展了量子计算的理论和应用,包括 Isaac Chuang 和 Neil Gershenfeld。

根据您访问的站点的不同,量子计算的定义略有不同。它最基本的形式是一种依赖量子力学进行工作的计算。虽然量子计算机曾经只是纸上谈兵的理论,但现在它们已经成为现实。

那么,我们今天正在处理什么样的量子计算机呢?

量子计算仍处于发展阶段。这是一个极其复杂的领域,已经让位于众多原型模型,例如谷歌的量子计算机 Sycamore。2019 年,谷歌宣布 Sycamore 只需几分钟就能解决超级计算机需要 10,000 年才能完成的计算。但量子计算机有什么不同呢?他们如何能完成如此巨大的壮举?

量子计算基础知识

典型的计算机使用称为位的单位来运行。一个位只能并且永远只有两个值之一:零或一。这些位用于编写二进制代码,这是计算世界中的绝对主要内容。

另一方面,量子位(qubit)是量子计算机最基本的单位。量子计算机正是需要这些单元来存储数据和执行功能。量子位可以携带量子态的信息,并且可以通过多种方式生成,例如通过电子自旋。

量子位还可以采取多种形式,例如光子或捕获离子。这些是无限小的粒子,构成了我们宇宙的基础。

量子比特有很大的潜力。它们目前在量子计算机中用于解决多维量子算法和运行量子模型。量子位的令人难以置信的是它们可以同时存在于多种状态。这意味着它们可以同时为零、一或介于两者之间的任何值。

由于这一特性,量子位可以同时考虑多种可能性,这使得量子计算机能够在物体的状态变得可测量之前执行计算。这使得量子计算机能够比普通计算机更快地解决复杂问题。

量子计算机的优点

量子计算机的最大优势是它们执行计算的速度。这种技术可以提供传统计算机永远无法达到的计算速度。量子计算机也比典型计算机更有能力解决更复杂的问题,并且可以运行高度复杂的模拟。

量子计算机所拥有的这种先进能力有时被称为“量子优越性”,因为它们的潜力远远超出了计算机,甚至先进的超级计算机在未来几年或几十年内所能达到的水平。但量子计算机绝不是完美的。这些机器有一些缺点,可能会影响它们未来的成功。

量子计算机的缺点

由于量子计算机仍处于原型阶段,许多问题仍需要克服。

首先,量子计算机需要极端的环境才能运行。事实上,这些机器需要在 450 华氏度左右的温度下工作。这使得量子计算机很难被大多数公司和公众访问。最重要的是,与当今的标准模型相比,量子计算机非常大,类似于第一台计算机的大小。虽然这种情况将来可能会发生变化,但它将导致普通人在开发的早期阶段无法使用这项技术。

量子计算机仍然面临着过高的错误率。为了成功融入各个行业,我们需要确保这些机器提供高成功率,以便值得信赖。

现在我们了解了量子计算的基础知识及其优缺点,让我们来看看如何将这项技术应用于各个行业。

量子计算的用途

由于量子计算仍处于早期发展阶段,因此人们对它有一天能做什么提出了许多想法。关于量子计算机存在很多误解,这很大程度上是由于对该技术的误解造成的。有人提出,量子计算机将被用来进入平行宇宙,甚至模拟时间旅行。

虽然不能完全排除这些可能性,但我们必须关注未来几十年可能实现的量子计算更现实的应用。那么,让我们进入量子计算的应用。

1. 人工智能和机器学习

人工智能和机器学习是另外两种看起来近乎未来的技术,但随着时间的推移,它们变得越来越先进。随着这些技术的发展,我们可能需要放弃标准计算机。这就是量子计算机可以介入的地方,因为它们具有快速处理函数和解决计算的巨大潜力。

2. 网络安全

随着网络犯罪分子变得更加狡猾,我们对高水平网络安全的需求也随之增加。如今,网络犯罪非常普遍,每月有数千人成为攻击目标。

使用量子计算,我们有一天可能能够更轻松地开发高级网络安全协议,甚至可以应对最复杂的攻击。

量子计算还有可能在密码学领域发挥作用,特别是在量子密码学领域。这探索了利用量子力学来执行密码功能的行为。

3. 药物开发

量子计算机预测情况结果的能力可以使其在药物开发中发挥作用。有一天,量子计算机可能会帮助预测某些分子在某些情况下的行为。例如,量子计算机可以预测药物在人体内的表现。

研究水平的提高可以使药物开发的试错期变得更加容易。

围绕量子计算的担忧

当一种新技术正在发展时,人们自然会感到有些担忧。那么,量子计算应该引起我们的关注吗?

关于量子计算机带来的网络安全风险已经有很多讨论。尽管量子计算机可以帮助实现更高水平的数字安全,但事情也可能会走向相反的方向。虽然这种威胁目前是假设的,但它有可能在未来几年发展成为一个问题,特别是当量子计算机可供更广泛的人群使用时。一些公司已经在预期中提供“量子防护 VPN ”服务。

由于量子计算机可以解决高度复杂的问题,因此它们更有效地破解密码和数据解密的潜力增加了。尽管超级计算机也很难找到大型解密密钥,但量子计算机有一天可能能够轻松解密敏感数据,这对于恶意行为者来说将是一个非常好的消息。

量子计算将推动我们走向未来

量子计算提供的可能性简直令人难以置信,并且有一天是可以实现的。尽管量子计算仍处于早期阶段,但该领域的持续进步可能会让我们取得巨大的技术成就。只有时间才能证明这一点!

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