2、量子计算：优势、挑战与编程基础

量子计算：优势、挑战与编程基础

1. 量子计算简介

量子计算为解决问题开辟了新途径。对于特定的计算任务，量子计算机比传统计算机快得多。以傅里叶变换为例，它在工程、物理、图像处理和电信等多个领域对信号和数据的分析与处理至关重要。更高效地计算傅里叶变换，能使高频交易算法更快地检测市场模式，减少交易执行的延迟，还能加速计算机图形的过滤和压缩。

1.1 为何选择量子计算

20 世纪 80 年代，公众开始关注量子计算。著名物理学家理查德·费曼和尤里·马宁提出，基于量子过程的计算硬件在某些类型的问题上可能远超经典硬件。随着量子计算领域硬件和制造技术的不断进步，预计量子计算的应用将加速，对能够利用量子计算资源开发和实现解决方案的软件开发人员的需求也会增加。了解量子计算的优势来源，有助于在特定场景中评估量子计算、经典计算和混合方法的实用性。

1.2 做好量子计算准备

2020 年代量子计算技术的发展阶段，可能类似于 20 世纪 40 年代末和 50 年代初的经典计算，但围绕量子计算的文化和应用却大不相同。如今，量子计算在商业和研究领域资金充足，备受关注。尽管该领域仍处于起步阶段，但对能够构建量子解决方案的开发者的需求已经在增长。对于有计算或信息科学背景的人来说，无需深入了解量子力学，掌握基本的经典计算概念和模式，就能为量子计算打下坚实基础。

1.3 量子计算的强大能力

为了加速和扩展经典计算，可以使用更大的硬件配置和分布式工作负载。但对于某些问题，当输入大小线性增加时，经典计算所需的资源（如时间和内存）会呈指数级增长。相比之下，量子计算机对于某些类型的问题，可能只需要多项式级的资源增加。这意味着随着输入的