作者：Rich Quinnell，編輯，特殊項(xiàng)目，技術(shù)，EE Times

量子計(jì)算是那些在今天很容易被忽視的技術(shù)之一，因?yàn)樗巴庠凇倍鵁o(wú)需擔(dān)心。即使是最樂(lè)觀的估計(jì)，實(shí)際利用也需要十多年的時(shí)間。但這項(xiàng)技術(shù)涉及計(jì)算領(lǐng)域的顛覆性范式轉(zhuǎn)變，謹(jǐn)慎的開(kāi)發(fā)人員現(xiàn)在應(yīng)該開(kāi)始研究量子計(jì)算。?

對(duì)量子計(jì)算的討論往往集中在其大大超越傳統(tǒng)計(jì)算的潛力上。在這種情況下經(jīng)常提到的一個(gè)應(yīng)用是密碼學(xué)，特別是通過(guò)從受保護(hù)的消息流量中提取私有加密密鑰來(lái)破解數(shù)據(jù)安全性。這樣做的算法是已知的，但計(jì)算量如此之大，以至于破解一個(gè) 2048 位 RSA 加密密鑰（廣泛用于保護(hù)當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)流量）即使是最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)也需要幾十年的時(shí)間。然而，最近的估計(jì)表明，一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)可以在?八小時(shí)內(nèi)破解密碼。?

這種令人擔(dān)憂的前景——曾經(jīng)被認(rèn)為在受保護(hù)信息的有用生命周期之外很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍然安全的加密通信可能處于危險(xiǎn)之中——首先讓人們對(duì)量子計(jì)算產(chǎn)生了如此多的興奮。但密碼破解并不是該技術(shù)有望帶來(lái)顛覆性突破的唯一應(yīng)用，這些其他機(jī)會(huì)進(jìn)一步激發(fā)了人們的興趣。醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、分子生物學(xué)和金融應(yīng)用都在探索量子計(jì)算能為他們做些什么。而且興趣越來(lái)越大。?

2018 年，美國(guó)政府?通過(guò)了《國(guó)家量子倡議法案》，成立了國(guó)家量子協(xié)調(diào)辦公室，并提供 12 億美元資助未來(lái)五年的量子信息科學(xué)活動(dòng)。歐盟還授權(quán)為量子總體規(guī)劃提供高達(dá) 10 億歐元的資金。中國(guó)正在大力投資，力求在量子技術(shù)方面超越美國(guó)。

量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)投入使用，盡管目前過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)（一個(gè)被稱為量子霸權(quán)的里程碑）。IBM 已將其?Q System One?計(jì)算機(jī)用于商業(yè)實(shí)驗(yàn)和研究，并創(chuàng)建了一個(gè)合作伙伴網(wǎng)絡(luò)，例如?？松梨?移動(dòng)公司，以推動(dòng)新興行業(yè)的發(fā)展。?D-wave、?Rigetti和其他幾家公司也提供了功能強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)。谷歌和英特爾都有?量子人工智能?研究工作，微軟已經(jīng)創(chuàng)建了自己? ?的軟件和硬件供應(yīng)商量子網(wǎng)絡(luò)來(lái)推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。

因此，這項(xiàng)技術(shù)還處于早期階段，而且要從研究領(lǐng)域進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用還有很多年。然而，對(duì)于行業(yè)來(lái)說(shuō)，今天開(kāi)始探索使用這項(xiàng)技術(shù)仍然很重要。盡早開(kāi)始是必要的，因?yàn)榱孔佑?jì)算不僅僅是更快的計(jì)算，它在解決問(wèn)題的方式上與傳統(tǒng)計(jì)算有很大不同。開(kāi)發(fā)人員將需要時(shí)間來(lái)熟悉新方法，以便他們準(zhǔn)備好在準(zhǔn)備好后立即使用量子計(jì)算。?

傳統(tǒng)計(jì)算在進(jìn)行計(jì)算時(shí)通過(guò)遵循稱為算法的一系列步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)其結(jié)果。例如，如果要尋找優(yōu)化或滿足某些復(fù)雜功能的值，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)必須通過(guò)算法依次探索所有可能的選擇。然而，量子計(jì)算機(jī)本質(zhì)上是通過(guò)糾纏和疊加的量子力學(xué)特性同時(shí)考慮所有可能的答案。??

為了利用量子計(jì)算機(jī)，程序員指定了一系列量子門(mén)，這些門(mén)建立了定義要解決的問(wèn)題的條件。這種量子門(mén)設(shè)置利用量子計(jì)算機(jī)位（稱為量子位或有時(shí)稱為 qbits）的概率和波干擾性質(zhì)來(lái)改變輸入向量，以便輸出向量代表問(wèn)題的可能答案。單次運(yùn)行并不能確定其結(jié)果，但是，它只是具有很高的正確概率。通過(guò)進(jìn)行許多這樣的試驗(yàn)，量子計(jì)算機(jī)可以將這種概率提高到幾乎可以確定的程度。即使它需要多次運(yùn)行才能產(chǎn)生準(zhǔn)確的結(jié)果，但如果量子計(jì)算機(jī)有足夠的 qbits 在運(yùn)行，總計(jì)算時(shí)間可以大大少于算法方法。?

這種方法與傳統(tǒng)計(jì)算如此不同，以至于當(dāng)前的計(jì)算機(jī)和編程專業(yè)知識(shí)基本上不適用于量子計(jì)算。開(kāi)發(fā)人員必須從頭開(kāi)始學(xué)習(xí)量子計(jì)算。那么，現(xiàn)在是開(kāi)始建立量子計(jì)算專業(yè)知識(shí)的時(shí)候了。

Aspencore Network 創(chuàng)建了這個(gè)量子計(jì)算特別項(xiàng)目來(lái)幫助您搶占先機(jī)。在《量子計(jì)算基礎(chǔ)—教程》?中，我們深入了解了量子計(jì)算機(jī)的工作原理，以及您可以在哪里獲得一些使用它們的經(jīng)驗(yàn)。?量子計(jì)算的下一步是什么？?提供了對(duì)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的一瞥。量子計(jì)算機(jī)中的電源管理著眼于為這些奇異設(shè)備供電所固有的問(wèn)題。最后，我們問(wèn)我們是否需要在我們的辦公桌上安裝一臺(tái)“超級(jí)計(jì)算機(jī)”，以探索采用該技術(shù)的商業(yè)原因。?

審核編輯 黃昊宇