量子计算的介绍和运用方向的详细概述

现代技术发展的速度总是超过人们的想象，技术发展的方向也将人们的生活带向一个新的层次。

在今年CES展上，因特尔宣布了自己的研究成果，一块49个量子位的量子芯片，而后三月，谷歌宣布了一块拥有72个量子比特的量子芯片，并且表明能够进行实际运用，5月阿里达摩院也不甘示弱，推出了自己的量子电路模拟器“太章”，一时间量子计算的概念进入大众视野，成为了焦点话题。

什么是量子计算？

根据维基百科的解释，根据量子力学现象进行计算即为量子计算。谈到量子计算，就必然绕不开两点，叠加和纠缠。

与传统计算机基于晶体管的二进制不同，传统计算机的二进制数字总是确定状态的“0”或“1”，而量子计算使用的是量子比特，并没有固定状态，我们可以借用一个著名的实验“薛定谔的猫”来描述这一现象。

在箱中放置一只猫和连接毒气的放射物，箱中的放射性物质有50%概率衰变释放毒气杀死猫，但也有可能不会衰变使得猫活下来。

在不打开箱子的情况下，如果按照传统计算机的角度，猫要么死了要么活下来，必然是二者中确定的一方。但是以量子计算的角度，猫可以既死既活，处于二者混合的状态，这就是叠加状态。

量子纠缠实际上是两个在叠加态中的粒子相互影响的现象，值得注意的是，这两个粒子在空间上距离可能会隔很远，但是双方中间一旦一方被测定，与之纠缠的一方的状态也会被确定下来。

传统计算机的基本单位比特(bit)拥有确定的状态，要么“0”，要么“1”。

而量子计算的基本单位为量子比特或称为量子位（Qubit），可以同时存在“0”和“1”两种状态。

如果拥有4个比特，那么传统计算机也只是存储2^4中的一个，如果拥有4个量子比特，那么能够存储的信息为2^4个，计算能力直接呈指数级增长，运算能力相当于传统计算器运算2^4次，效率将大大增加。

得益于量子叠加和纠缠，量子计算能够保持超高速度来进行并行运算，对于大批量数据结果运算能够保证高效完成。

不过需要注意的是如果没有与之对应的量子算法，量子计算机的实力是难以全部发挥的，而且只有部分算法可以进行加速，因此传统计算机与量子计算机处于相辅相成的关系，并非只是新技术完全取代传统的过程。

量子计算的运用方向

早在2016年5月4日，IBM就发布了量子计算服务，用户可以通过云连接IBM量子计算机，来进行实验和模拟。量子计算作为一种革命性的技术正越来越受到重视，微软，谷歌都投入了自己的研发力量，量子计算的现实应用也正一步一步离我们越来越近。

·数据计算

谈到应用，量子计算机的核心功能自然是数据计算，超高的运行计算能力，这对于许多行业都是必须要求。例如今年大火的人工智能方向，通过深度学习，不断完善算法，直至产品满足人们智能化需求。

在这个过程中，机器学习的成本往往是巨大的，因此许多人工智能都只能在某一个领域某些关键词上作出相应，难以满足人们复杂的情景应用，自然会被叫成“人工智障”。

但是如果利用量子计算机的高速运算，机器的学习成本将会大大降低，AI的运用场景也将丰富起来。其实不仅仅是人工智能，量子计算在大数据分析，智慧城市，金融模型等方面都大有可为。

·通讯加密

当今各种密码的安全保障依托各种加密算法技术，但是对于量子计算机来说，能够通过特定算法进行高速并行轻松破解。

基于量子纠缠的特性，在通讯过程中，如果有人想要窃听通讯内容而对量子进行测量的话，另一端量子就必然会感知到，从而终止机密信息的传输，商业机密能够得到充足的保障。

量子技术发展自然是未来的一大方向，但是我们仍需要看到其中的问题，一是量子计算的要求更为严苛，需要在极低温的环境下工作；二是量子相关技术的研究存在瓶颈，例如如何制造出纯纠缠态，以此克服量子通讯的信息失真。

三是量子计算带来的改变，例如密码学革命性的改变，传统加密技术，行业，个人信息安全的该何去何从，量子计算攻击该如何防范。四是量子计算技术各国研发的水平差异，标准由谁制定，量子霸权的出现。这些都是我们需要了解的。

量子计算技术必然会到来并给我们生活带来巨大改变，但现在仍处于发展阶段，因此并没有必要过于吹捧，肯定技术价值，合理规划研究，这是一个企业乃至国家保持创新和竞争活力的关键，更何况，量子计算离改变生活的日子也不会太远了。