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世界各地的组织和政府正将数十亿美元投入到量子研究与开发中谷歌、微软和英特尔等公司都在竞相实现量子霸权。
这其中的利害关系重大有这么多重要的参与者量子计算机的问世可能指日可待。
为做好准备我们必须了解这些机器的实际情况以及它们可能对世界产生的影响这至关重要。不幸的是这并非全是积极的方面。
量子计算机究竟厉害在哪里
传统计算机使用比特0 和 1来存储数据和运行程序。关键的是这些比特之间不会相互作用。
另一方面量子计算机有量子比特。量子比特存在于 0 和 1 的叠加态中当你试图观察它们的状态时就会迫使它们在 0 和 1 之间做出选择。
每个量子比特都有一个振幅这是一个类似于概率的复数但并不完全遵循相同的规则。鉴于振幅值的性质量子比特可以进行相长干涉或相消干涉我们称之为量子干涉。
当振幅相加时在读取系统状态时观察到某个特定值的概率就会增加。当不同可能状态的振幅相互抵消时观察到相应值的概率就会降低。
量子干涉是量子计算机强大能力的秘诀之一。如果你能定制一种算法通过利用量子干涉来解决特定的计算问题即通过增加得出正确答案的概率的方式来构建算法那么你就能为传统计算机可能永远无法解决的计算问题找到一个高效的解决方案。
这就是为什么量子计算机可能会给许多行业带来革命性变化能够解决以前在计算上不可能解决的问题并揭示出难以想象的新可能性。
以下是我认为我们可能会感受到其影响的一些领域的简要概述
药物和材料开发
量子计算机可以使药物发现和开发取得巨大进展最终使科学家有能力解决目前难以解决的问题。凭借其极高的处理能力这些机器将能够通过量子模拟同时研究多个分子、蛋白质和化学物质这是标准计算机目前无法实现的从而使药物研发比现在更快、更有效。
像瑞士制药公司罗氏的科学家们希望量子模拟能够加速药物和疫苗的开发以预防新冠病毒、流感、癌症甚至有可能找到治疗阿尔茨海默病的方法。此外量子模拟还能够取代实验室实验降低研究成本甚至减少对人体和动物试验的需求。
金融
量子计算机可能给金融领域带来巨大的潜在好处 —— 从更深入的分析到新的、更快的交易可能性。事实上许多大型机构都在期待量子计算来提高交易、业务处理和数据传输速度。
像 IBM 和摩根大通这样的银行一直在试验量子技术以评估其在不久的将来能够大规模执行的具体操作。
另一个潜在领域是金融建模量子计算机可以极大地改进这一领域。对于世界各地的金融机构来说这意味着更低的处理成本和更快的交易速度是双赢的局面。
气候变化
从环境角度来看量子计算机也具有巨大的潜力专家预测通过量子模拟它们将有助于各国实现联合国的可持续发展目标。
例如量子计算机可能能够加速新型二氧化碳催化剂的发现这种催化剂能确保二氧化碳的有效循环利用同时产生氢气和一氧化碳等有用气体。
网络和信息安全
另一方面虽然量子计算机将带来许多好处但它们也可能带来新的风险。
在信息安全方面量子计算机将有能力破解目前广泛用于保护信息的公钥加密这意味着无论数据现在看起来多么安全未来都可能受到攻击。对于任何需要保护敏感信息的组织来说这都是一个相当可怕的前景。
尽管对量子计算机投入了大量资金但在抗量子安全方面的投入却很少而在我们进入量子时代之际这可能至关重要。幸运的是美国国家标准与技术研究院NIST目前正在对后量子密码学进行标准化以便广泛采用。据 NIST 称新的标准将在今年年底公布。
为量子时代做准备
很明显量子计算机将对世界各地的组织产生重大影响以我们目前还无法完全理解的方式推动技术进步。
虽然这些令人惊叹的机器可能会带来巨大的好处但我们必须了解如果滥用这种力量可能带来的潜在风险这一点至关重要。例如在网络安全方面潜在的后果可能是毁灭性的所以我们必须认真对待。
在整个行业中我们看到有人呼吁建立道德准则以防止量子技术被不法分子利用。这是一项重要的行动但首先我们必须确保企业、政府和公众了解量子计算机的实际情况以便为即将到来的一切情况做好准备。
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