2、量子计算入门：从基础概念到实际应用

量子计算入门：从基础概念到实际应用

1. 量子计算简介

量子计算机处于微观世界，涉及中微子、介子、μ子和围绕质子与中子运动的电子等亚原子粒子，带来了一系列奇特概念。从计算的最小层面到算法设计，量子计算为需要大量数值计算的主流应用引入了全新的编程范式，例如：
- 优化放射学中的磁共振成像（MRI）扫描。
- 理解复杂分子结构以研发救命药物。
- 解决超大规模的物流和运输路线规划问题。
- 汽车公司期望量子计算机有助于制造更好的电池、规划自动驾驶车辆路线以及优化装配线。

量子计算解决超级难题的前景十分可观。2017 年和 2018 年，至少 4.5 亿美元投入到量子技术公司，是前两年的四倍多。谷歌宣布一个量子程序在三分二十秒内完成计算，生成可认证的随机数，而他们估计使用 10 万台运行已知最快算法的经典计算机完成同样任务大约需要 1 万年。谷歌预计这项能力可用于优化应用、机器学习和新材料设计等领域，目前还在计划展示加密协议。

各国政府也意识到了量子计算机的强大力量：
- 2018 年 12 月，美国国会一致通过《国家量子倡议法案》，这是美国为期十年的承诺，旨在通过与大学、初创企业和企业的合作，“加速量子信息科学与技术应用的发展”。此外，美国（和中国）将量子计算视为国家安全优先事项。
- 中国投资 4 亿美元建设世界上最大的量子研究中心——国家量子信息科学实验室，声称其计算能力将达到“全球现有所有计算机总和的一百万倍”。
- 印度将在五年内投入 11.2 亿美元用于量子技术。
- 欧盟、澳大利亚、日本、瑞士等也在投资量子计算。
- 俄罗斯将在未来五年内投入 7.9 亿美元用于“基础和应用量子研究”