早在1980年代，杰出的物理学家理查德·费曼探索了运行物理学计算机模拟的可能性。尽管存在许多困难，但费曼与其他科学家一起在创建开创性计算机方面取得了显著进展。自那时以来，这些突破为各种应用程序的开发铺平了道路，包括量子物理研究、数据分析和以解决问题为重点的任务。
在今天的世界中，量子物理学代表了一门具有各种实际应用的有效科学学科。值得注意的是，量子理论是激光、晶体管和大多数当代电子设备的基础。此外，量子计算机运作原理基于粒子或信息位能够同时存在于不同状态的原理。
因此，我们认为扩展我们对量子计算机的知识，理解它们的操作机制、实际应用和何时可以成为主流是有优势的。
量子计算背后的机制是什么？
量子计算根植于量子力学的基本原理，旨在理解微小粒子的行为。多亏这些原理，量子计算机可以处理那些超出传统二进制计算机能力范围的任务。与只能一次执行一个任务的传统计算机不同，量子计算机可以同时处理多个任务。
与传统计算机以位作为其主要数据单位不同，量子计算机依赖于量子位(Qubits)。与位不同，由于其二进制特性，位只能具有一或零的值，而量子位具有同时表示一和零的能力。这种现象被称为叠加态(superposition)，使量子计算机能够处理每秒数十亿次的操作，比经典计算机快得多。
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由于需要实现定制算法，因此诸如Java之类的编程语言不能与量子计算机一起使用。此外，由于这些机器仅依赖于量子位，它们的存储和处理能力无法与标准计算机相媲美。因此，它们的复杂性使它们不适合个人使用，而是被设计用于学术、医疗、技术和企业领域。
量子计算的可能用途
量子计算机表现出令人难以置信的计算能力，具有将数据保留为出现和消失的量子粒子的能力，这可能为未来的量子互联网奠定基础。
量子计算机具有改善数据处理和机器学习潜力的能力，可以通过它们改变许多领域。
- 商业 – 解决复杂的优化问题和快速数据搜索
- 在医疗保健行业，尤其是在药物发现领域
- 优化金融投资并减少欺诈事件
- 增强的数据加密以加强网络安全
- 交通需要进行重大改革，以优化交通流量，并提供更加燃油高效的车辆。
量子计算机具有改变解决全球科学挑战（如气候变化）方法的能力。虽然现有计算机已经在这个领域使用，但是量子计算机可以提供更快速、更精确的数据处理。
据ZDNet报道，量子计算网络可以产生重大影响，包括提供更精确的飓风模型，考虑到每个水分子，预测未来一年森林火灾的全球变暖模型，以及可以确定哪种具体条件下的蝙蝠物种可能导致未来冠状病毒的大流行模型。
量子计算对未来的影响
鉴于其独特的操作方法，量子计算机完全取代经典计算机的可能性并不大。当经典计算机在解决问题时产生二进制结果时，人们在使用量子计算机时应该期望得到一个概率作为答案。
量子计算机具有改变解决复杂问题方法的能力，可以显著缩短获取解决方案所需的时间。此外，它们可以为传统计算机和其他当代生活方面引入新技术。
- 量子计算机虽然能够破解当前的加密方法，但也可以构建更安全的替代方案。
- 量子计算机将优于简化诸如产品交付或航班预订中涉及的复杂物流等功能。
- 与普遍的看法相反，量子计算机将比它们的经典对应物消耗更少的电力。
量子计算的挑战
由于它们非常微妙，量子计算机需要严谨的环境控制，包括特定的压力和温度条件。它们必须完全遮蔽灰尘和其他污染物，并由传统计算机操作，以防止任何故障。此外，这些系统的运行时间有限，研究人员目前正在探索方法，在不大幅增加错误率的情况下，将这种技术应用于更实用的环境中。
在量子计算机能够被广泛应用之前，通过类似于当前计算机芯片通过内部网络连接的方式集成量子处理器是必须克服的另一个障碍。这需要一种复杂的数据传输方法，但这种方法尚未完善。
根据《科学美国人》的一篇文章，为了推进先进的量子技术创建和量子信息科学的最终目标——构建一个能够执行精确计算且零误差的量子计算机，需要进行更多的研究。
量子计算何时会普遍存在？
在不久的将来，量子计算机的普遍使用不太可能。然而，该领域正在取得进展，IT巨头像IBM、Google、Microsoft和Amazon正在进行大量投资，以开发量子计算机硬件和软件。
为支持国家量子信息科学领域的研究，美国能源部（DoE）推出了五个新的研究中心。根据2023年《国家量子计划法案》，这些中心将在未来五年内共获得6.25亿美元的资助。
我们何时可以预期量子计算的下一步进展？
就像不可能预见传统计算机和互联网的无数用途一样，无法预测量子计算可能带来的进步。在未来几年中，随着研究人员、政府官员、企业高管以及其他人探索其广泛的潜在应用，我们可以期望更多地了解这项开创性技术。
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