电脑可以帮助解决问题，而它们所能解决的问题也会受到硬件的影响，比如：图形处理器是专门用于渲染图像的，人工智能处理器是专门操作人工智能的。那么量子计算机是为什么而发明的呢？量子计算能力十分惊人，但是这并不是仅仅说现在的软件会以十亿倍的速度运行这么简单。更确切地说，量子计算机有自己擅长的特定领域，某些类型的问题是它们擅长解决的，而有些问题则不。以下是下一代计算机普及过程中我们可以看到的一些主要应用。

 

　　人工智能

 

　　量子计算机的一个主要应用是人工智能(AI)。人工智能是基于从经验中学习的原则，根据不断给出的反馈，机器的反应会越来越准确，直到计算机程序可以算得上“智能”。这个反馈是基于对许多选择的可能性的计算，因此人工智能计算问题是量子计算可以解决的一个非常理想的候选问题。人工智能承诺会颠覆所有从汽车到医学等各个行业领域，据说21世纪人工智能的发展就和20世纪电的发明一样重要。例如，洛克希德·马丁就打算使用D-Wave量子计算机来测试目前对经典计算机来说过于复杂的自动驾驶软件，而谷歌也正在使用量子计算机来设计能够区分汽车和地标的软件。人类现在已经能利用人工智能来制造更多的人工智能，因此人工智能对于生产生活将越来越重要。

 

　　分子模型

 

　　另一个量子计算机能涉及的领域是在分子模型，在找到化学反应的最佳配置后对分子的相互作用进行精确建模。这种“量子化学”非常复杂，以至于只有其中最简单的分子才能被现在的数字计算机分析。化学反应是自然界的量子变化，它们构成了高度纠缠的量子叠加态。但是如果把这件事情交给高度发达的量子计算机来做，在评估哪怕是最复杂的过程时也不会有任何困难。谷歌已经对此领域做出率先尝试，模拟了氢分子的能量。这意味着人类会制造出更高效的产品，从高端的太阳能电池到医用制药等各类产品，尤其是对于化学肥料更有效。由于化肥占全球能源使用量的2%，这对能源和环境的影响将是深远并且巨大的。

 

　　密码演算学

 

　　现在大部分的网络安全都是依靠将大量数据分解为素数解决问题。虽然现在可以通过使用数字计算机来搜索每一个可能的答案，但这个方法非常费时，使得“破解密码”变得昂贵而不实用。量子计算机可以比数字计算机更高效地执行这些计算，这就意味着如此保证安全的方法很快就会过时。现在正在不断开发新的密码学方法，但是离研究成功还需要一段时间。2015年8月，美国国家安全局开始推出一份抵制量子计算机的量子密码加密方法;2016年4月，美国国家标准与技术研究所开始了一项持续4到6年的公开评估过程，同时也很有可能会使用量子纠缠的单向排列来开发量子加密方法。多个国家都运行了覆盖城市范围的网络，中国科学家最近宣布，他们成功地将一颗轨道“量子”卫星上的纠缠光子发送到地球上的三个独立的基站。

 

　　金融模型

 

　　金融市场是现存最复杂的系统。虽然我们已经开发出越来越多的科学和数学工具来解决这一问题，但它仍然面临着与其他科学领域都不同的一个问题：没有一个可以进行实验的受控设置。为了解决这个问题，投资者和分析人士已经转向了利用量子计算来解决问题。这么做的一个最直接的优势是：量子计算机固有的随机性与金融市场的随机特性是一致的。投资者希望在随机产生的大量情景下评估结果的分布情况。另一个优势是，像套利这样的金融操作可能需要很多有路径依赖的步骤，而这样做的结果是数量会很快超过数字计算机的能力。

 

　　天气预报

 

　　天气预报称，美国国家石油公司的首席经济学家罗德尼·F·威瑟认为美国近30%的GDP(6万亿美元)直接或间接受天气影响，天气影响了食品生产、运输和零售贸易等。更加准确地预测天气对很多领域都有十分重要，比如说从灾难中为人类争取更多的时间。虽然这是科学家们的目标，但是计算这些过程的方程式包含了很多变量，这就使得经典的模拟变得冗长复杂。正如量子研究员赛斯·劳埃德(SethLloyd)所指出的那样，“使用一台经典的计算机进行这样的分析可能要比实际的天气变化还要漫长!”这促使劳埃德和麻省理工学院的同事们去研究，控制天气的方程式具有一种隐藏的波浪特性，这个可以通过量子计算机来解决。谷歌的工程总监哈特穆特·内文(HartmutNeven)也指出，量子计算机可以帮助人类建立更好的气候模型，从而让人类更深入地了解人类是如何影响环境的。这些模型是我们用来对未来气候变暖进行评估的工具，帮助人类确定现在需要采取什么措施来防止灾难的发生。英国国家气象局已经开始投资这些创新项目，以满足他们在2020年时将面临的电力和可测量性要求。同时他们发布了一份关于其自身要求的大规模计算的报告。

 

　　粒子物理学

 

　　这一引人注目的新兴物理学的最终应用即将全面展开。粒子物理学的模型通常非常复杂，仅通过普通的纸笔来制定解决方案非常难，并且需要大量的计算时间来进行数值模拟。这使得量子计算成为他们的理想之选，目前研究人员已经在利用这一点进行研究了。因斯布鲁克大学(Innsbruck)和量子光学与量子信息研究所(IQOQI)最近使用了一个可编程的量子系统来进行这样的模拟实验。在自然杂志上发表的这篇文章中，研究小组使用了一个简单的量子计算机，其中用离子进行了逻辑运算，这是所有计算机计算的基本步骤。与实际的物理实验相比，该模拟结果显示出了良好的一致性。理论物理学家PeterZoller说：“这两种方法完美地互补。我们不能用量子计算取代用粒子对撞机完成的实验。然而，通过开发量子模拟器，我们或许有一天能够更好地理解这些实验。”

 

　　投资者现在不仅仅是想要加入计算机行业，他们也正争相进入量子计算的生态系统。银行、航空航天公司和网络安全公司都在利用计算机革命的优势。量子计算已经对上述领域产生了影响，但这并不是全部，只是一些主要的并且最令人激动的领域。与所有新技术一样，随着硬件不断发展，新机会的不断出现，现在看来难以想象的应用很可能会在未来成为可能。

 

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