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作為技術(shù)人員，我們知道有有四項(xiàng)技術(shù)一直在進(jìn)行著巨大的進(jìn)步——區(qū)塊鏈、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和量子計(jì)算機(jī)。本文中，我們將討論量子計(jì)算機(jī)，包括它的含義，如何工作，它們將如何使用等。
量子計(jì)算機(jī)是利用量子態(tài)的集體屬性（例如疊加、干涉和糾纏）來執(zhí)行計(jì)算的設(shè)備。
要完全理解量子計(jì)算機(jī)，你必須了解量子物理學(xué)（至少是簡單的了解它的原理）。量子計(jì)算機(jī)之父理查德·費(fèi)曼曾說過一句話——“如果有人告訴你他們了解量子力學(xué)，那么他們就不了解量子力學(xué)”。因此，從本質(zhì)上講，沒有人了解量子物理學(xué)，即使是先驅(qū)者。
量子物理學(xué)是處理粒子（即質(zhì)子、電子等）在量子領(lǐng)域中的行為和相互作用，以及它們?nèi)绾斡绊懳覀兊奈锢硎澜绲奈锢韺W(xué)。隨著當(dāng)量子物理學(xué)的概念被用來操縱粒子進(jìn)行計(jì)算時(shí)，量子計(jì)算就出現(xiàn)了，然后就產(chǎn)生了量子計(jì)算機(jī)。
簡而言之，量子計(jì)算機(jī)是利用量子物理學(xué)概念來處理數(shù)據(jù)并將其作為信息輸出的計(jì)算機(jī)，就像普通計(jì)算機(jī)的工作方式一樣，但使用原子粒子。
要充分了解量子計(jì)算機(jī)的工作原理和執(zhí)行處理方式，必須首先了解傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)如何處理數(shù)據(jù)。
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)通過二進(jìn)制（即 0 和 1，開或關(guān)）處理數(shù)據(jù)，這些 0 和 1 被設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)到邏輯門中，這些邏輯門的核心只是指導(dǎo)使用 0 和 1 處理數(shù)據(jù)的簡單規(guī)則。
目前，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用晶體管來物理處理數(shù)據(jù)，晶體管只是許多邏輯門的物理實(shí)現(xiàn)，這些邏輯門旨在執(zhí)行命令/數(shù)據(jù)的處理。例如，你有一個(gè)門鈴，幫助門鈴工作的電路由一堆晶體管組成，這些晶體管的排列（設(shè)計(jì)）方式是，一旦你按響門鈴，就會播放聲音供人們聽到。
現(xiàn)在，晶體管和邏輯門之間的關(guān)系的核心類似于雕塑家在開始雕刻之前的草圖。因此，邏輯門就像一種勾勒出晶體管在系統(tǒng)（如計(jì)算機(jī)、手機(jī)、手表、相機(jī)等）中的排列方式，然后使用晶體管在物理系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)、手機(jī)、手表、相機(jī)等）中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的晶體管。
量子計(jì)算機(jī)的核心工作方式與普通/經(jīng)典計(jì)算機(jī)有些相似。但是它們不像普通計(jì)算機(jī)那樣使用二進(jìn)制（0 和 1），而是使用稱為量子比特的東西，量子比特就像普通計(jì)算機(jī)的比特（這些是 0 和 1）一樣。
我將用一個(gè)類比來解釋 Quibits，普通計(jì)算機(jī)的位（0 和 1）就像一枚硬幣，有 2 個(gè)面，0 是一張面（可能是正面），1 是另一張面（可能是反面）。當(dāng)計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)，就如硬幣被拋出，它可以落在頭正面（0）或反面（1）上，這就是經(jīng)典計(jì)算機(jī)的工作方式。
對于量子計(jì)算機(jī)來說，量子比特不是有 0（正面）和 1（反面），而是同時(shí)是 0 和 1，所以普通計(jì)算機(jī)有 2 位（0 和 1），量子計(jì)算機(jī)有一個(gè)位可以同時(shí)完成 0 和 1 的工作。
前面提到，量子計(jì)算機(jī)是通過使用量子物理學(xué)的概念操縱量子粒子來處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)是 0 和 1，這是由于量子物理學(xué)中一個(gè)叫做疊加的概念，這是一個(gè)微小物體可以同時(shí)存在于多個(gè)地方或狀態(tài)的概念。這可能有點(diǎn)復(fù)雜，但它解釋了量子比特如何同時(shí)是 0 和 1。
回到我們之前的硬幣類比，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的比特就像一枚硬幣，有 2 個(gè)面，每個(gè)面代表一個(gè)比特（0 和 1）。量子計(jì)算機(jī)就像一枚正在旋轉(zhuǎn)的硬幣。它同時(shí)是硬幣的兩個(gè)面（0 和 1）。
量子計(jì)算機(jī)不是由顯示器、鍵盤等組成的，所以它不會像普通計(jì)算機(jī)那樣處理數(shù)據(jù)，而是量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)適合問題的邏輯門，然后通過實(shí)現(xiàn)量子比特用于解決問題。
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要使量子計(jì)算機(jī)或任何類型的計(jì)算取得成功，都需要算法。算法只是一組游戲規(guī)則，為了實(shí)現(xiàn)某些目標(biāo)而必須遵循這些規(guī)則。
量子計(jì)算機(jī)在解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題方面將比超級計(jì)算機(jī)更快，但要解決這些問題，他們需要算法，而由于量子計(jì)算機(jī)的復(fù)雜性，這些算法還不夠成熟。
不過，科學(xué)家們正在研究可以在量子計(jì)算機(jī)上優(yōu)化的算法，以此來推進(jìn)量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。
2）穩(wěn)定性和擴(kuò)展性
為了讓量子計(jì)算機(jī)有效地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)，需要大量的量子比特。
但是，為了讓量子比特高效工作，就需要它們處于恒定的疊加狀態(tài)。但是，將它們凍結(jié)在這種狀態(tài)需要大量資源，因此，要解決量子計(jì)算機(jī)優(yōu)化的大型計(jì)算密集型任務(wù)，必須構(gòu)建和維護(hù)數(shù)千個(gè)量子比特，這將非常耗費(fèi)資源。
幸運(yùn)的是，穩(wěn)定量子比特（quantum bits）的研究正在進(jìn)行中。
3）學(xué)習(xí)理解難度大
為了讓量子計(jì)算機(jī)成為主流，即量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)它計(jì)劃解決的大目標(biāo)，如高效的天氣預(yù)報(bào)、太空探索、原子粒子建模、數(shù)據(jù)模擬等，人們必須為它構(gòu)建算法。
對于人們來說，要為量子計(jì)算機(jī)構(gòu)建算法，那么人們必須了解量子計(jì)算機(jī)是如何工作的，但問題是量子計(jì)算機(jī)是建立在量子力學(xué)概念之上的，理解量子力學(xué)概念并不完全像背誦你的ABC。
幸運(yùn)的是，人們對量子計(jì)算機(jī)的認(rèn)識越來越高，因此預(yù)計(jì)量子計(jì)算機(jī)的信息和教程將逐漸成為主流。
原文標(biāo)題：Understanding the Power of Quantum Computing
原文作者：edemgold
