量子計(jì)算機(jī)搭建面臨巨大挑戰(zhàn)!量子計(jì)算機(jī)未來可能用于哪些方面?

以下內(nèi)容中，小編將對(duì)量子計(jì)算機(jī)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行著重介紹和闡述，希望本文能幫您增進(jìn)對(duì)量子計(jì)算機(jī)的了解，和小編一起來看看吧。

一、量子計(jì)算機(jī)搭建面臨巨大挑戰(zhàn)

量子比特的概念雖然抽象，但量子計(jì)算機(jī)并非虛幻。建造它們的理論基礎(chǔ)已搭建好，但是要實(shí)現(xiàn)它們，還要面臨一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。

量子比特本質(zhì)上是處于疊加態(tài)的亞原子粒子，如電子、被束縛的離子或光子。量子比特周圍環(huán)境的細(xì)微變化，比如振動(dòng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、宇宙輻射等，都可能向量子比特輸入能量，進(jìn)而使疊加態(tài)坍縮，使量子比特失效。因此，量子比特需要密封在極冷、真空環(huán)境中以最大程度地避免任何干擾。這就是量子計(jì)算機(jī)的搭建面臨的巨大挑戰(zhàn)。

正是由于保持量子比特的疊加態(tài)是件非常困難的事，最微小的環(huán)境變化也可能導(dǎo)致疊加態(tài)的坍縮，造成計(jì)算錯(cuò)誤。所以，目前世界上還沒能造出一臺(tái)沒有誤差、且用途廣泛的量子計(jì)算機(jī)。

量子計(jì)算機(jī)的巨大潛力，還與量子力學(xué)中的另一個(gè)著名概念“量子糾纏”有關(guān)，即各個(gè)量子比特可通過量子糾纏聯(lián)系在一起。

簡(jiǎn)單而言，當(dāng)兩個(gè)量子粒子糾纏在一起時(shí)，它們的量子態(tài)相同。改變?nèi)魏我粋€(gè)粒子的量子態(tài)的任何屬性都將瞬間改變另一個(gè)粒子的狀態(tài)，即便二者相隔千山萬水。愛因斯坦將這種無處逃脫的聯(lián)系稱為“幽靈般的超距作用”。

互相糾纏的量子比特不僅能加密即時(shí)信息傳遞，還可讓量子計(jì)算機(jī)的性能呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。比如，具有8量子比特的量子計(jì)算機(jī)可同時(shí)表示0到255之間的每個(gè)數(shù)字，這只是8量子比特獨(dú)立存在的情況。如果它們互相糾纏起來，或者和其他量子比特糾纏……整個(gè)糾纏的系統(tǒng)所能表示的數(shù)字將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們的想象。

而這正是量子計(jì)算機(jī)無比誘人的魅力所在。盡管量子計(jì)算機(jī)仍處于起步階段，但一旦能夠大規(guī)模應(yīng)用，其必將掀起一場(chǎng)顛覆性的革命。

二、量子計(jì)算機(jī)未來的兩大應(yīng)用

(一)金融建模

現(xiàn)代市場(chǎng)是世界上最復(fù)雜的體系之一。盡管我們不斷開發(fā)出科學(xué)和數(shù)學(xué)工具來對(duì)其進(jìn)行研究，市場(chǎng)仍然與其他科學(xué)領(lǐng)域有著一項(xiàng)重要區(qū)別：沒有可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的可控環(huán)境。

為了解決這一問題，投資人和分析師求助于量子計(jì)算。一個(gè)顯而易見的益處在于量子計(jì)算機(jī)固有的隨機(jī)性與金融市場(chǎng)的隨機(jī)性相一致。投資人總是希望在隨機(jī)生成的極大量場(chǎng)景下評(píng)估結(jié)果的分布。

量子帶來的另一個(gè)好處在于套利這樣的金融業(yè)務(wù)可能需要很多的路徑依賴性的步驟，而可能性的數(shù)字很快就會(huì)超過數(shù)字計(jì)算機(jī)所能負(fù)荷的容量。

(二)天氣預(yù)報(bào)

美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家 Rodney F. Weiher稱，美國(guó)GDP的近30%都直接或間接受到天氣的影響，食品制造、運(yùn)輸和零售等行業(yè)都遭受沖擊。更好地預(yù)言天氣的能力將使得諸多領(lǐng)域受益良多，防患于未然更是可以大大縮短受災(zāi)后所需的恢復(fù)時(shí)間。

雖然這一直是科學(xué)家們長(zhǎng)期以來的目標(biāo)，但預(yù)測(cè)這些過程的方程包含了許多變量，使得經(jīng)典模擬十分冗長(zhǎng)。正如量子研究員Seth Lloyd指出的那樣，“使用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析可能比實(shí)際的天氣演變所需的時(shí)間更長(zhǎng)!”這激發(fā)了麻省理工學(xué)院的Lloyd及同事們的靈感。他們證明，預(yù)測(cè)氣象的方程式具有隱藏的波動(dòng)性質(zhì)，可以用量子計(jì)算機(jī)解決。

谷歌工程總監(jiān)Hartmut也指出，量子計(jì)算機(jī)可以幫助人們建立更好的氣候模型，可以更深刻地洞悉人類是如何影響環(huán)境的?？茖W(xué)家們依據(jù)這些模型做出未來全球變暖的預(yù)估，這些模型還能幫助我們確定現(xiàn)在需要采取哪些步驟來防止可能到來的災(zāi)害。

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