量子计算是什么，它能为我们带来什么

（文章来源：EDA365网）

常规或“经典”计算机由数十亿个晶体管构成， 被“打开”或“关闭”以表示值“ 1”或“ 0”。这允许经典计算机使用“二进制数字”存储和处理数据。而量子计算机使用量子位来处理信息， 可以用超导电子电路来表示。这些量子位能够同时以多种状态存在，让并行进行大量计算成为可能，从而加快解析的时间。

以硬币来打比方，传统晶体管可以表示正面或反面，但是不能同时表示正反面。而量子计算则可以同时表示正面和反面；这被称作两种状态的叠加。当许多量子位相互结合，或“相互纠缠”时，它们会作为一个实体来运行，即所谓的“超级状态”，赋予量子计算极为强大的并行计算能力。这允许一个量子位同时取值“ 1”或“ 0”，或同时取这两个数。

确实、创建、维持、操纵和纠错量子位确实非常困难，但是确实仍在取得重大进展。因此，现在让我们来看看当今量子计算先驱的工作：量子计算的先驱之一是IBM，它的计划名为IBMQ。2016年，IBM提供了对基于云的量子硬件的访问，并于2019年1月发布了IBM Q System One，它被描述为第一个集成量子计算系统用于商业用途。

英特尔也在推动量子计算的发展，英特尔于2018年1月宣布了量子处理器叫做“缠结湖” 根据该公司的网站，英特尔的目标在十年之内量产量子计算机，并期望该技术从2025年开始进入其“商用阶段”。Google也在开发量子硬件和软件，在2019年6月，量子人工智能实验室的负责人表示Hartmut Neven，Google功能强大的量子处理器现在正以双倍的速率增长。

这已经被称为“尼文定律”，这表明我们可能达到量子至上的论点：量子计算机可以胜过任何经典计算机底。同样在游戏中，Microsoft在2019年2月宣布了Microsoft Quantum Network 推进量子计算，同年5月，微软还报告说它将开源其量子开发套件，其中包括其Q＃量子计算编程语言和编译器。

另一位长期量子计算先驱是D-Wave Systems，该公司于2018年10月推出一个基于云的量子应用程序环境，称为Leap。这提供了对D-Wave 2000Q量子计算机的实时访问，并于2019年3月已扩展到日本和整个欧洲。其他量子计算先驱包括中国的阿里巴巴，阿里巴巴于2018年3月推出了“ 量子计算云”。Rigetti还提供了“量子云平台”，以及其他开创性的量子计算纯游戏，包括量子电路和IonQ。

因此，我们有疑问的是，将要使用什么量子计算机？量子计算的第一个杀手级应用可能是量子分子建模， 也称为量子化学。这听起来似乎很抽象， 但是如果您给我几分钟的时间，我将解释为什么量子分子建模会帮助将计算推向新时代。

现在，分子是结合在一起的多个原子。例如，水分子包含两个氢原子和一个氧原子，或者，咖啡因分子包含八个碳原子，以及十个氢，四个氮， 和两个氧原子，即使咖啡因分子看起来相当简单，但是计算机还是无法建模，无法完成在量子水平上的建模。现在我们确实拥有允许我们建立分子模型的软件-例如我们现在正在查看的MolView软件包， 并且些现有软件包还可以模拟分子行为的基本化学反应和互动。

但是没有计算机能够准确地模拟每个原子内部的亚原子粒子可能涉及的数据数量。因为分子本质上是量子的，所以模拟它们所需的硬件也需要是量子的，这就是量子计算机将变得如此重要的原因。我们也已经知道量子分子模拟是可行的。

在德国还有一家名为HQS Quantum Simulations的新兴公司，该公司正在开发用于分子和过程的量子模拟的软件，来打破专门化学品，材料，农用化学品和药物的开发方式。 今天，我们无法准确地模拟一杯咖啡的状况。然而，从现在起的十到二十年后，我们可能会使用量子计算机来运行复杂的分子模拟。这将改变我们对化学，物理生物学的理解。 反过来，它将改变我们的工程和医学实践。

想象一下如果您将来生病，未来的医生或AI可以建立量子模拟整个身体，然后还建立不同药物的量子模拟，并在您身体的量子模拟。他们可能会在几个星期的模拟时间内测试成千上万种药物， 他们可以在几微秒内完成所有这些操作，那将是真正的革命。

这不只是医学，我们将能够使用量子分子模拟来模拟气候，预测天气，开发新材料，测试新的建筑方式等等难以模拟的事情。而且还有可能使用量子计算机来建立物理场的精确模拟世界，这将是非常具有革命性的。今天，我们正在进入“认知计算时代”，它将是像神经网络这样的技术，可以使计算机学习从样本数据中获取数据并预测适当的响应。

但是量子分子建模也将证明这只是认知计算时代的一个方面，因为量子模拟可能会被用来极大地增进我们对物质世界的认知和复杂分子系统行为的量子预测，进而改善我们的生活。量子分子建模与当今大多数计算应用程序大不相同。在整个历史上，最具革命性的新技术一直被用来实现新事物，而不是以新方式做旧事物，所以未来大多数量子计算机将花费大部分时间执行当今大多数人甚至无法想象的量子算法。
（责任编辑：fqj）