为量子计算做好准备

作者：Rich Quinnell，编辑，特殊项目，技术，EE Times

量子计算是那些在今天很容易被忽视的技术之一，因为它太“外在”而无需担心。即使是最乐观的估计，实际利用也需要十多年的时间。但这项技术涉及计算领域的颠覆性范式转变，谨慎的开发人员现在应该开始研究量子计算。 

对量子计算的讨论往往集中在其大大超越传统计算的潜力上。在这种情况下经常提到的一个应用是密码学，特别是通过从受保护的消息流量中提取私有加密密钥来破解数据安全性。这样做的算法是已知的，但计算量如此之大，以至于破解一个 2048 位 RSA 加密密钥（广泛用于保护当今的互联网流量）即使是最快的超级计算机也需要几十年的时间。然而，最近的估计表明，一台量子计算机可以在 八小时内破解密码。 

这种令人担忧的前景——曾经被认为在受保护信息的有用生命周期之外很长一段时间内仍然安全的加密通信可能处于危险之中——首先让人们对量子计算产生了如此多的兴奋。但密码破解并不是该技术有望带来颠覆性突破的唯一应用，这些其他机会进一步激发了人们的兴趣。医学、材料科学、分子生物学和金融应用都在探索量子计算能为他们做些什么。而且兴趣越来越大。 

2018 年，美国政府 通过了《国家量子倡议法案》，成立了国家量子协调办公室，并提供 12 亿美元资助未来五年的量子信息科学活动。欧盟还授权为量子总体规划提供高达 10 亿欧元的资金。中国正在大力投资，力求在量子技术方面超越美国。

量子计算机已经投入使用，尽管目前过于简单，无法超越传统计算机（一个被称为量子霸权的里程碑）。IBM 已将其 Q System One 计算机用于商业实验和研究，并创建了一个合作伙伴网络，例如埃克森美孚/移动公司，以推动新兴行业的发展。 D-wave、 Rigetti和其他几家公司也提供了功能强大的量子计算机。谷歌和英特尔都有 量子人工智能 研究工作，微软已经创建了自己   的软件和硬件供应商量子网络来推进这项技术。

因此，这项技术还处于早期阶段，而且要从研究领域进入实际应用还有很多年。然而，对于行业来说，今天开始探索使用这项技术仍然很重要。尽早开始是必要的，因为量子计算不仅仅是更快的计算，它在解决问题的方式上与传统计算有很大不同。开发人员将需要时间来熟悉新方法，以便他们准备好在准备好后立即使用量子计算。 

传统计算在进行计算时通过遵循称为算法的一系列步骤来实现其结果。例如，如果要寻找优化或满足某些复杂功能的值，传统计算机必须通过算法依次探索所有可能的选择。然而，量子计算机本质上是通过纠缠和叠加的量子力学特性同时考虑所有可能的答案。  

为了利用量子计算机，程序员指定了一系列量子门，这些门建立了定义要解决的问题的条件。这种量子门设置利用量子计算机位（称为量子位或有时称为 qbits）的概率和波干扰性质来改变输入向量，以便输出向量代表问题的可能答案。单次运行并不能确定其结果，但是，它只是具有很高的正确概率。通过进行许多这样的试验，量子计算机可以将这种概率提高到几乎可以确定的程度。即使它需要多次运行才能产生准确的结果，但如果量子计算机有足够的 qbits 在运行，总计算时间可以大大少于算法方法。 

这种方法与传统计算如此不同，以至于当前的计算机和编程专业知识基本上不适用于量子计算。开发人员必须从头开始学习量子计算。那么，现在是开始建立量子计算专业知识的时候了。

Aspencore Network 创建了这个量子计算特别项目来帮助您抢占先机。在《量子计算基础—教程》 中，我们深入了解了量子计算机的工作原理，以及您可以在哪里获得一些使用它们的经验。 量子计算的下一步是什么？ 提供了对当前技术发展趋势的一瞥。量子计算机中的电源管理着眼于为这些奇异设备供电所固有的问题。最后，我们问我们是否需要在我们的办公桌上安装一台“超级计算机”，以探索采用该技术的商业原因。 

审核编辑 黄昊宇