超出你想象的，量子計算機的應用及未來

電腦可以幫助解決問題，而它們所能解決的問題也會受到硬體的影響，比如：圖形處理器是專門用於渲染影象的，人工智慧處理器是專門操作人工智慧的。那麼量子計算機是為什麼而發明的呢？量子計算能力十分驚人，但是這並不是僅僅說現在的軟體會以十億倍的速度執行這麼簡單。更確切地說，量子計算機有自己擅長的特定領域，某些型別的問題是它們擅長解決的。

量子計算機的一個主要應用是人工智慧（AI）。人工智慧是基於從經驗中學習的原則，根據不斷給出的反饋，機器的反應會越來越準確，直到計算機程式可以算得上“智慧”。這個反饋是基於對許多選擇的可能性的計算，因此人工智慧計算問題是量子計算可以解決的一個非常理想的候選問題。人工智慧承諾會顛覆所有從汽車到醫學等各個行業領域，21世紀人工智慧的發展就和20世紀電的發明一樣重要。例如，洛克希德·馬丁就打算使用D-Wave量子計算機來測試目前對經典計算機來說過於複雜的自動駕駛軟體，而谷歌也正在使用量子計算機來設計能夠區分汽車和地標的軟體。人類現在已經能利用人工智慧來製造更多的人工智慧，因此人工智慧對於生產生活將越來越重要。

另一個量子計算機能涉及的領域是在分子模型，在找到化學反應的最佳配置後對分子的相互作用進行精確建模。這種“量子化學”非常複雜，以至於只有其中最簡單的分子才能被現在的數字計算機分析。化學反應是自然界的量子變化，它們構成了高度糾纏的量子疊加態。但是如果把這件事情交給高度發達的量子計算機來做，在評估哪怕是最複雜的過程時也不會有任何困難。谷歌已經對此領域做出率先嚐試，模擬了氫分子的能量。這意味著人類會製造出更高效的產品，從高階的太陽能電池到醫用製藥等各類產品，尤其是對於化學肥料更有效。由於化肥佔全球能源使用量的2%，這對能源和環境的影響將是深遠並且巨大的。

現在大部分的網路安全都是依靠將大量資料分解為素數解決問題。雖然現在可以透過使用數字計算機來搜尋每一個可能的答案，但這個方法非常費時，使得“破解密碼”變得昂貴而不實用。量子計算機可以比數字計算機更高效地執行這些計算，這就意味著如此保證安全的方法很快就會過時。現在正在不斷開發新的密碼學方法，但是離研究成功還需要一段時間。2015年8月，美國國家安全域性開始推出一份抵制量子計算機的量子密碼加密方法；2016年4月，美國國家標準與技術研究所開始了一項持續4到6年的公開評估過程，同時也很有可能會使用量子糾纏的單向排列來開發量子加密方法。多個國家都運行了覆蓋城市範圍的網路，中國科學家最近宣佈，他們成功地將一顆軌道“量子”衛星上的糾纏光子傳送到地球上的三個獨立的基站。

金融市場是現存最複雜的系統。雖然我們已經開發出越來越多的科學和數學工具來解決這一問題，但它仍然面臨著與其他科學領域都不同的一個問題：沒有一個可以進行實驗的受控設定。為了解決這個問題，投資者和分析人士已經轉向了利用量子計算來解決問題。這麼做的一個最直接的優勢是：量子計算機固有的隨機性與金融市場的隨機特性是一致的。投資者希望在隨機產生的大量情景下評估結果的分佈情況。另一個優勢是，像套利這樣的金融操作可能需要很多有路徑依賴的步驟，而這樣做的結果是數量會很快超過數字計算機的能力。

天氣預報稱，美國國家石油公司的首席經濟學家羅德尼·F·威瑟認為美國近30%的GDP（6萬億美元）直接或間接受天氣影響，天氣影響了食品生產、運輸和零售貿易等。更加準確地預測天氣對很多領域都有十分重要，比如說從災難中為人類爭取更多的時間。雖然這是科學家們的目標，但是計算這些過程的方程式包含了很多變數，這就使得經典的模擬變得冗長複雜。正如量子研究員賽斯·勞埃德（Seth Lloyd）所指出的那樣，“使用一臺經典的計算機進行這樣的分析可能要比實際的天氣變化還要漫長！”這促使勞埃德和麻省理工學院的同事們去研究，控制天氣的方程式具有一種隱藏的波浪特性，這個可以透過量子計算機來解決。谷歌的工程總監哈特穆特·內文也指出，量子計算機可以幫助人類建立更好的氣候模型，從而讓人類更深入地瞭解人類是如何影響環境的。這些模型是我們用來對未來氣候變暖進行評估的工具，幫助人類確定現在需要採取什麼措施來防止災難的發生。英國國家氣象局已經開始投資這些創新專案，以滿足他們在2020年時將面臨的電力和可測量性要求。同時他們釋出了一份關於其自身要求的大規模計算的報告。

粒子物理學這一引人注目的新興物理學的最終應用即將全面展開。粒子物理學的模型通常非常複雜，僅透過普通的紙筆來制定解決方案非常難，並且需要大量的計算時間來進行數值模擬。這使得量子計算成為他們的理想之選，目前研究人員已經在利用這一點進行研究了。因斯布魯克大學和量子光學與量子資訊研究所，最近使用了一個可程式設計的量子系統來進行這樣的模擬實驗。在自然雜誌上發表的這篇文章中，研究小組使用了一個簡單的量子計算機，其中用離子進行了邏輯運算，這是所有計算機計算的基本步驟。與實際的物理實驗相比，該模擬結果顯示出了良好的一致性。理論物理學家Peter Zoller說：“這兩種方法完美地互補。我們不能用量子計算取代用粒子對撞機完成的實驗。然而，透過開發量子模擬器，我們或許有一天能夠更好地理解這些實驗。

根據近期的相關報道，人類對於量子的認知已經涉及到了生活中的各個領域，其中就包括了國家的安全、和商務、還有醫療和通訊等等的各個方面，正是因為量子在計算速度上有這絕對的優勢，量子計算機與傳統的經典計算機有這非常的不同，量子計算機就連目前最先進的超級計算機也無法比擬。

谷歌的一款西克莫量子計算機可以在三分鐘二十秒中就可以完成世界上頂尖超級計算機需要一萬年才可以計算完成的計算。量子計算機能夠幫助執行非常複雜的計算，對於人工智慧和虛擬現實等因計算能力而遭遇瓶頸的領域，量子資訊將加速產業的進化，未來應用前景十分的廣闊。

早在1905年的時候，由偉大的科學家愛因斯坦提出光量子的概念，也就是所謂的光子，並且提出了光同時具有波動和粒子的屬性，我們把所有的量子位元的耦合，在量子力學上把它叫糾纏，這個是目前的最多的這樣一個糾纏記錄，在超導量子位元領域，如果兩個粒子在經歷了一段時間的耦合作用之後，無論兩個粒子之間的距離是多少，其中一個發生了變化都會影響到另外一個，它們之間是跨越了空間的阻力的。

量子計算是一種遵循了量子力學規律和調控量子資訊單元之後進行計算的新型計算模式，量子計算機也被認為是可以完成傳統計算機所不能完成的任務的存在，這就是將我們的空間的光聲點透過物理介質進行量子能量場植入之後的成果，從算盤在到計算機，我們現在的計算機就是以前的算盤啊，而在量子計算機面前，現有的電腦就相當於是個算盤，量子計算可以吊打現在所有的超級計算機。

量子計算如此驚人的計算量，可以對未來的生產生活都是進行顛覆性的變化，但由於是高精度量子操控技術的極端的複雜性，目前的量子計算研究仍舊處於早期發展的階段，我國的投資位居世界第三，相信未來從量子物理到量子資訊科技，量子計算機將改變的不只是你的生活，更是整個世界。

人類研究量子的經歷早已許久，就目前來看，最貼近我們生活的應該是量子通訊的發展，量子通訊除了速度快，還有就是資料的高保密特性，量子資訊的傳輸和量子計算的實現，有益於我們對於糾纏和非定域性的解讀。這也會深深的影響到當前密碼學的研究程序，生活中大家一定了解過電磁波對身體有輻射危害的新聞，但是在現實的生活中，大大小小的事物，包括手機，冰箱，彩電都具有一定的輻射作用，會讓我們的腦神經和內分泌系統出現不良反應，會出現頭疼，頭暈的現象，也會造成一些人體內分泌失調的現象，但是量子科技就非常好地解決了這樣的問題。

量子科技可以讓他們之間不停的去釋放幾個離子和和幾個正離子，讓它們到達一箇中和的狀態，這就讓輻射的現象也中和沒有了，量子將對未來生活有著最直接的影響。