聚焦量子计算，解读科技热点

作者：是德科技Jenn Mullen

随着量子计算的加速发展，商界、政府和产业界对量子计算的关注和投资呈现出增长势头。新兴的量子计算用例也在商业领袖、技术爱好者乃至公众之间引起了广泛讨论。

本文通过解答一些比较常见的量子计算问题，抛开围绕这一革命性计算学科的概念炒作，从事实出发、用通俗易懂的语言解读量子计算。

何为量子计算？

当用户在手机、平板电脑或笔记本电脑上运行多个程序时，设备会发热，处理器的运行速度会变慢，电量也会迅速耗尽。数据量与运行计算程序所需的能源消耗之间存在着直接关联。

量子计算机可以开辟出行之有效的新途径，解决极其复杂的计算难题。与常规计算机使用的非0即1的二进制码不同，量子比特可同时以0和1的叠加状态存在，这意味着量子比特能够存储大量的数据，而不会产生相应的能量损耗。每增加一个量子比特，量子计算的数据处理能力都会呈指数级增长，且不会增加能耗。

当科研人员找到增加量子比特数量和构建稳健的量子计算机的方法时，量子计算的潜力也会持续跃升。目前，科研人员正在研究如何增加量子计算机可以使用的量子比特数量，这对创建可商用的量子计算机至关重要。

量子计算机可否取代传统计算机

与普遍流行的观点相反，量子计算机不会取代传统计算机。量子计算的真正价值在于，量子计算机执行计算的速度要比传统计算机快得多。

另一方面，传统计算机仍然非常适合日常的计算机使用需求。量子计算机有可能同时执行多种复杂的计算，通过解决复杂的优化问题、分析庞大的数据集和仿真，增强传统计算机的功能。

量子计算机擅长解决哪些问题？

计算机能够推动创新、实现突破，而以前人们认为只有人类才有这种能力。与其他任何工具一样，量子计算机和传统计算机能够帮助人们更有效地解决问题。传统计算机拥有足够的处理能力，甚至能够在帮助人们处理日常工作的同时，运行极其先进的算法。但是，由于它们的内存空间有限，再加上时间相对有限，传统计算机无法解决一些特定类型的计算问题。

量子计算系统将能够在短时间内处理大量的数据，用时要比传统计算系统短得多。得益于此，量子系统已蓄势待发，将赋能工业、政府和学术应用，加速创新。其用例包括：

产品和技术开发

量子计算具有独特而强大的数据处理能力，能够帮助开发者解决产品和技术开发挑战，而这些难题是依靠经典计算无法解决的。量子计算机将提高模拟和仿真能力，让产品开发者能够在更短的时间内创建精确、高保真的数字孪生，并面向更广泛的现实世界场景对其进行测试。这将推动更高品质的产品在更短的时间内快速进入市场，并大幅降低成本。

医疗科学

从开发药品到改进医疗诊断成像技术，量子计算机将以令人难以置信的速度分析分子和细胞的相互作用，让科研人员能够仿真人体系统，研究各种生物化学变化。这意味着科研人员有可能进行更加完整的临床试验，且用时比目前的临床试验少得多。

数据安全

传统计算机利用相关算法生成大素数，为数字安全程序奠定基础。但是，量子计算机可以破解该算法。这对采用标准加密工具的企业和机构而言是一个重大威胁。同时，量子计算机可以生成大量可靠的、无法破译的“真”随机数，也为网络安全向新的范式转变提供了可能，以大幅提高网络安全。

科学研究

超强的机器学习、人工智能和仿真能力将帮助科学家加快在粒子物理学和天文学等领域的探索发现。科研人员借助量子计算的仿真功能，可以增强气候建模能力，仿真深海、太空等人类目前很难涉足的环境，也可以对各种场景中的人体进行建模。

供应链运营

供应链物流对消费者、企业、产业和政府等社会的方方面面都有影响。利用量子计算机提供的仿真能力可以管理全球供应链物流中复杂的变化因素，并协调处理多个来源的数据。量子计算机将优化资源管理，改善物流规划，从而增强供应链运营的可持续性和价值。

城市规划 

量子计算机驱动的人工智能和机器学习技术能够监测、预测和缓解整个大都市区的交通拥堵。这样不仅可以解决拥堵病，还能减少碳排放，降低维护成本，为人们带来裨益。此外，它能够帮助城市规划工作者做出更明智的决策，推动城市发展，改善城市环境，提升居民的生活质量。

量子计算机离我们有多远？

私营、公共和学术机构正在进行大量投资，以推动量子计算机的开发、稳定运行和商业化进程。包括IBM、谷歌在内的科技公司以及包括梅赛德斯-奔驰在内的汽车巨头纷纷加入了美国国家科学基金会（NSF）、欧洲核子研究中心（CERN）和中国科学技术大学的行列，投身于量子计算的开发和部署，以期将该技术集成到它们的产品和服务中。

谷歌、IBM和英特尔等主要参与者开发了第一批量子计算机，可以运行几十甚至几百个量子比特。虽然这些系统功能强大，但是要超越传统超级计算机的能力，实现真正的量子计算性能，科研人员必须克服基础设施和规模化方面的挑战，才能让真正可商用的量子计算机广泛普及。

为了推动量子系统开发而开展的相关研究，使得在传统计算机上仿真量子效应的量子启发式算法逐渐兴起。将这些算法用于解决现实问题，可为企业提供新的洞察力、降本增效的机会，并提高运营效率。

这些混合系统可提供一定的商业优势，让企业通过一种低风险的途径，为迎接量子计算做好准备。在量子启发式系统上运行的相同算法和应用程序能够在更短的时间内解决复杂的优化问题。此外，这些量子启发式系统为企业提供了一种低风险的方式来做量子计算实验，同时在量子计算机商用之后还可以培训员工进行使用。

是德科技的量子计算解决方案已经助力科研人员取得了突破性进展，在探索量子超能力之路上更进了一步。是德科技的量子控制系统是一种量子比特控制解决方案，这款完全数字化的量子控制系统集成了专用的量子控制硬件和全栈的软件功能，让用户能够迅速开始针对量子比特的探索实验。