量子技術(shù)日漸熱門，它的重要性、優(yōu)勢、安全風險以及顛覆性潛力你了解嗎？
“量子”這一術(shù)語是一個總稱，指的是利用量子力學(xué)在計算、通信、傳感、制藥、化學(xué)和材料研究等既定領(lǐng)域開發(fā)全新能力的新興技術(shù)和應(yīng)用。
從字面意義上說，“量子”一詞是指使用量子力學(xué)描述的物理系統(tǒng)中的最小單位或?qū)嶓w。而物理學(xué)家之所以對量子世界有著單獨的力學(xué)公式，是因為在非常非常小的粒子的尺度上，經(jīng)典物理學(xué)的規(guī)則不一定適用。
物理學(xué)家觀察到了很多無法用經(jīng)典物理學(xué)解釋的奇怪行為，包括量子干涉和糾纏等，它們允許相距甚遠的粒子相互連接。
量子的承諾是什么？為什么它如此重要？
量子的承諾是通過利用物質(zhì)的這些量子力學(xué)特性來超越經(jīng)典物理學(xué)的界限。根據(jù)具體情況，可以提供全新的信息處理方式，這些方式有可能更快、更節(jié)省資源。
例如，量子計算將使人們能夠計算以前從未計算過的東西，例如蛋白質(zhì)的形成或預(yù)測金融系統(tǒng)的復(fù)雜行為。
量子的顛覆性潛力在哪里？
量子在很多領(lǐng)域都可能具有顛覆性。例如：
優(yōu)化：量子計算機可能能夠更快地解決硬優(yōu)化問題，甚至能夠解決當今完全無法解決的問題（就所需的傳統(tǒng)計算資源而言）。
制藥/化學(xué)研究和建模：量子模擬可以幫助人們了解分子和蛋白質(zhì)是如何形成的，并在化學(xué)和生物學(xué)、藥物發(fā)現(xiàn)和醫(yī)療保健方面取得突破。
網(wǎng)絡(luò)安全：強大的量子計算機可能會破壞現(xiàn)有的依賴大數(shù)分解的加密協(xié)議，例如基于RSA的加密協(xié)議。目前，沒有經(jīng)典的計算機或算法可以在合理的時間內(nèi)完成此操作，因此人們有機會開發(fā)全新類型的加密來確保信息安全。
量子計算有什么好處？與這項技術(shù)相關(guān)的風險有哪些？
量子計算保證了處理能力的效率。更快地處理信息的能力為推動基礎(chǔ)研究、優(yōu)化、信息技術(shù)和制藥等領(lǐng)域的發(fā)展提供了可能，這些領(lǐng)域的發(fā)展超出了人們在使用傳統(tǒng)計算機時的想象。
量子計算存在預(yù)期的安全風險。在理論上，大型量子計算機可以破解NSA加密。目前一個巨大的突出挑戰(zhàn)是創(chuàng)建對經(jīng)典計算機和量子計算機都安全的安全協(xié)議。
而在意料之外的風險是，對于功能更強大的計算機，有許多尚未想象的應(yīng)用程序。量子計算機的優(yōu)勢在于處理可能對個人隱私產(chǎn)生影響的大數(shù)據(jù)。
例如，美國大約1%的能源消耗用于生產(chǎn)化肥，而這一過程效率低下，而采用量子力學(xué)可以模擬復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。量子計算機可用于模擬生物/化學(xué)過程，例如固氮酶中的固氮過程，從而提高生產(chǎn)效率，并帶來更環(huán)保的方法。
需要哪些技術(shù)進步才能將量子計算從小眾帶入主流？
目前，人們從根本上受到量子系統(tǒng)隨時間推移的穩(wěn)定性以及準確控制它們能力的限制。量子系統(tǒng)對其環(huán)境的獨特敏感性使它們在計算方面如此強大，但這也使它們很難以很高的精度控制。正因為如此，目前的量子計算機非常小（只有幾十個量子比特或量子比特——傳統(tǒng)計算機有數(shù)億比特），可以用這些較小的量子系統(tǒng)執(zhí)行的計算通常是不準確的。
要將量子計算從其小眾應(yīng)用帶入主流，需要學(xué)習如何更好地將量子系統(tǒng)與其環(huán)境隔離，同時如何以更高的精度控制它們。需要減少在量子計算中觀察到的錯誤，然后將量子系統(tǒng)擴展到數(shù)億個量子比特。
如何才能克服這些挑戰(zhàn)？
人們需要通過量子計算硬件和軟件的創(chuàng)新來克服量子計算中的誤差問題。需要更多的研究來了解量子系統(tǒng)中發(fā)生的錯誤過程以及如何構(gòu)建對這些錯誤更具彈性的硬件。與此同時，隨著如今達到芯片制造能力的物理極限，需要改進軟件以及如何實現(xiàn)某些算法。
