什么是量子计算

量子计算是利用量子力学快速有效地解决复杂和大规模操作的过程。正如经典计算机用于执行经典计算一样，量子计算机用于执行量子计算。量子计算太复杂了，用经典计算机几乎不可能解决它们。“量子”一词来源于物理学中量子力学的概念，描述了电子和光子本质的物理性质。量子是深入描述和理解自然的基本框架。因此，这就是量子计算处理复杂性的原因。量子计算是量子信息科学的一个分支领域。它描述了处理复杂计算的最佳方法。量子力学是以现象为基础的叠加而且纠缠，用于执行量子计算。

为了进行量子计算，使用了与经典计算机不同的量子计算机。虽然量子计算的概念出现得更早，但当时并没有太受欢迎。

叠加与纠缠

量子研究的是自然界中最小的粒子，即电子和光子。这三种粒子被称为量子粒子．在这里，叠加定义了量子系统在同一时间以多种状态(一个或多个)存在的能力。

例如这是一台时间机器，一个人可以同时出现在一个或多个地方，或者我们可以说一些东西同时出现在上下这里和那里。它被称为叠加。

纠缠定义了量子粒子之间很强的相关性。这些粒子之间的联系如此紧密，即使我们把一个粒子放在宇宙的一端，另一个粒子放在另一端，它们也会瞬间跳舞。

爱因斯坦将纠缠描述为“幽灵般的超距作用”。因此，纠缠描述了距离无关的粒子之间的强结合。

量子计算机

量子计算机是一种用于执行量子计算的设备，量子计算本质上非常复杂。它以的形式存储数据量子比特．量子比特也被称为量子比特．量子计算机可以模拟经典计算机(我们目前使用的)无法完成的问题或操作。即使是量子计算机也能比普通计算机更快地解决计算问题。

例如，通过经典计算机很容易得到(500 * 187625)的乘积，而通过量子计算机得到同样的结果则简单快捷。经典计算机大约需要5秒才能得到结果，而量子计算机只需要0.005秒就能得到结果。

目前，研究人员正在研究量子计算机在网络安全破解密码并加密电子通信，以探索更好的网络安全和受保护的数据。

什么是量子比特

量子比特是量子计算机的存储单元。所有信息都以量子比特的形式存储在量子计算机中。量子比特是由电子或光子组成的亚原子粒子。量子比特的生成和管理非常困难，对于从事该领域工作的科学家来说，这是一项具有挑战性的任务。这些量子比特具有叠加和纠缠的特性。这意味着量子比特能够同时显示1和0的各种组合。因此，这就是叠加。研究人员利用微波光束或激光来操纵量子比特。计算的最终结果立即坍缩为1或0的量子态。它是一对中的两个成员以单一量子态存在的纠缠。 When two qubits of a pair are placed at a far distance, and if the state of one qubit changes, the state of the other will instantaneously change in a predictable manner. A connected group of quantum bits or qubits has much more power than the same binary digit number.

量子计算的历史

在20世纪80年代初，保罗贝尼奥夫(一位物理学家)提出了图灵机的量子力学模型。从那时起，量子计算的概念出现了。后来，有人提出量子计算机可以模拟经典计算机无法模拟的事情。这个建议是由理查德·费曼而且尤里Manin。彼得·肖1994年发明了一种量子算法用于整数因式分解。该算法强大到足以解密rsa加密的通信。在量子计算领域，更多的研究仍在进行。2019年10月23日，谷歌人工智能，与美国国家航空航天局(美国国家航空航天局)发表了一篇论文，声称他们已经实现了量子霸权。尽管他们中的一些人对此说法提出了异议，但这仍然是历史上一个重要的里程碑。

量子计算的应用

量子计算有以下几个应用:

• 网络安全:在数字化时代，个人信息被存储在计算机中。因此，我们需要一个非常强大的网络安全系统来保护数据不被窃取。传统计算机在网络安全方面已经足够好了，但脆弱的威胁和攻击削弱了它。科学家们正在这一领域使用量子计算机。研究还发现，有可能通过机器学习开发几种技术来应对此类网络安全威胁。
• 密码学也是一个安全领域，量子计算机正在帮助开发加密方法，以安全地将数据包传送到网络上。这种加密方法被称为量子密码学。
• 天气预报:有时候，使用经典计算机预测天气的分析过程会变得太长。另一方面，量子计算机增强了分析、识别模式的能力，并在短时间内更好地预测天气。即使是量子系统也能预测更详细的气候模型和完美的时间。
• 人工智能和机器学习:人工智能已成为数字化的新兴领域。许多工具、应用程序和功能都是通过AI和ML开发的。随着时间的推移，大量的应用程序正在开发中。因此，它对传统系统的精度和速度提出了挑战。但是，量子计算机可以帮助在更短的时间内处理这些复杂的问题，而经典计算机需要几百年才能解决这些问题。
• 药物设计与开发:药物设计和开发是一项典型的工作。因为药物的开发是用反复试验的方法进行的，而且费用高、风险大。这对量子计算机来说也是一项具有挑战性的任务。研究人员希望并相信量子计算可以成为一种了解药物及其对人类反应的有效方法。当量子计算成功应用于药物开发的那一天，它将为制药行业节省大量的时间和金钱。此外，更多的药物发现可以为制药行业带来更好的结果。
• 金融市场:金融行业只有为客户提供丰厚的回报，才能在市场上生存。这些行业需要独特而有效的战略来获得增长。虽然在传统的计算机中，蒙特卡罗模拟技术正在被使用，但反过来，它在计算机上消耗了大量的时间。然而，如果这样复杂的计算是由量子系统执行的，它将提高解决方案的质量，并减少开发时间。
• 计算化学:量子计算机的叠加和纠缠特性可能为成功绘制分子图谱的机器提供超能力。因此，它在药物研究领域打开了几个机会。量子计算机可以处理的更大的问题包括创造室温超导体，创造基于氨的肥料，创造固态电池，以及去除二氧化碳以改善气候等。量子计算将是计算化学领域中最突出的领域。
• 物流优化:传统计算被用于改善数据分析和稳健建模，使各行业能够优化与供应链管理相关的物流和调度工作流程。这种操作模型不断地进行计算和重新计算，以找到舰队操作、空中交通管制和交通管理的最佳路线。其中一些操作对于经典计算机来说可能变得复杂而难以解决。因此，量子计算可以成为解决此类复杂问题的理想计算解决方案。在量子计算中，使用了两种方法，分别是:
  1. 量子退火:这是一种先进的优化技术，可以超越传统的计算机。
  2. 通用量子计算机:它能够为所有类型的计算问题找到解决方案。但是，这种类型的量子系统还需要一段时间才能商业化。研究人员希望能够改善这个系统，

经典计算与量子计算

经典计算和量子计算的区别如下表所示:

量子计算的未来

量子计算的未来似乎对世界贸易大有裨益。上面讨论的几点告诉我们，这是概念的开始，必将成为我们生活的一部分。它还不是主流。在未来，量子系统将使工业解决那些他们一直认为不可能解决的问题。据报道，未来几十年，量子计算市场将强劲增长。谷歌对量子计算理论表现出极大的关注和兴趣。最近，谷歌推出了新版本TensorFlow，即TensorFlow Quantum (TFQ)．TFQ是一个开源库。它被用来建立量子机器学习模型的原型。当它被开发出来时，它将使开发人员能够轻松地创建混合人工智能算法，允许量子计算机和经典计算机的技术集成。TFQ的主要动机是将量子计算和机器学习这些技术可以均匀地构建和控制自然和人工量子计算机。科学家们在量子计算方面仍然面临着一些新的和已知的挑战，但它肯定会在未来几年引领软件开发。