你知道什么是量子计算机吗？它和我们平时用的电脑有什么区别？它能做些什么事情？它有多强大？如果你对这些问题感兴趣，就跟我一起来了解一下量子计算机和算力的奥秘吧。
什么是量子计算机？
量子计算机是一种利用量子力学的原理，实现超越经典计算机的计算能力的设备。它的基本单元是量子比特（qubit），可以同时处于0和1的叠加态，实现并行计算。量子计算机有多种物理实现方式，如超导量子器件、量子点、囚禁离子、金刚石色心、核磁共振系统和线性光学系统等。
量子计算机和经典计算机有什么区别？
量子计算机和经典计算机最大的区别就是它们使用的信息编码方式不同。经典计算机使用二进制位（bit）来表示信息，每个位只能是0或1；而量子计算机使用量子比特（qubit）来表示信息，每个比特可以是0、1或者0和1的叠加态，即α∣0⟩+β∣1⟩，其中α和β是复数，满足∣α∣2+∣β∣2=1。这意味着一个量子比特可以同时存储两种状态的信息，而且这种叠加态可以进行干涉和幺正操作，从而实现一些经典计算无法完成或者效率很低的任务。
量子计算机能做些什么事情？
量子计算机在一些特定的问题上有着巨大的优势，比如大数分解、搜索、优化、模拟等。其中最著名的例子是Shor算法，它可以在多项式时间内分解一个大整数，而经典计算需要指数时间才能完成。这对于目前广泛使用的基于RSA加密的网络安全系统构成了威胁。另一个例子是Grover算法，它可以在平方根时间内在无序列表中搜索一个目标元素，而经典计算需要线性时间才能完成。这对于数据库查询、密码破解等应用有着重要意义。
除了这些已知的量子优势问题，量子计算机还有着巨大的潜力，在一些尚未发现或者证明的问题上可能也有着超越经典计算的能力。比如，在量子化学模拟和人工智能领域，量子计算机可能能够提供更高效、更精确、更灵活的方法，解决一些经典计算难以有效处理的问题。
量子计算机有多强大？
量子计算机的强大程度取决于它们的规模和质量。规模指的是可用的量子比特数目，质量指的是量子比特保持叠加态和相干性的时间以及执行逻辑操作的准确度。目前，全球各国和企业都在竞相发展量子计算机，中国已经研制出了拥有66个超导量子比特的“九章”原型机。
但是，并不是单纯增加量子比特数就能提高量子计算机的性能。因为随着规模增大，也会带来更多的噪声和误差，导致量子比特失去叠加态和相干性，从而影响运算结果。因此，需要引入一种叫做量子纠错（quantum error correction）的技术，通过牺牲一部分物理量子比特来编码逻辑量子比特，并通过检测和纠正错误来保护逻辑信息。但是，目前还没有实现可靠有效的大规模量子纠错方案。
所以，在目前阶段，我们还无法制造出真正通用可编程的大规模容错量子计算机（fault-tolerant universal quantum computer），只能制造出一些叫做准（近）量子优势（NISQ, noisy intermediate-scale quantum）设备或者专用（specialized）设备。这些设备虽然不能完全取代经典计算机，在某些特定问题上可能还有着显著优势。
总之，量子计算机是一种基于新物理原理设计的超级计算机，它在某些问题上有着远超经典计算机的潜力。但是，要实现这种潜力还需要解决很多技术难题和挑战。我们期待着第二次量子革命给人类社会带来多方面的科技突破。
本文转自：汇天科技，转载此文目的在于传递更多信息，版权归原作者所有。如不支持转载，请联系小编demi@eetrend.com删除。
