量子计算是一门即使是最天才的头脑也能令人难以置信的学科！！！它涉及普通人认为科幻的主题，如平行宇宙、多元宇宙理论等。实际上，它听起来更像是下一部漫威奇异博士电影，而不是真正的技术！！！
但量子计算是非常真实的。它是一种基于量子物理学定律的计算技术，它在量子级别（那是原子级别！）处理能量和物质的行为。一台功能齐全的量子计算机将能够同时执行多项计算，这将使其速度比当今最强大的超级计算机提高一百万倍！事实上，量子计算可以以其疯狂的能力在未来改变整个行业，如医疗保健、金融、电信、网络安全等。这就是本文重点介绍量子计算及其未来潜在应用的原因。
但在进入未来之前，让我们先回到过去。那么量子计算的起源是什么？这一切都始于物理学家马克斯·普朗克 (Max Planck) 在 1900 年发现的能量量子，能量量子是亚原子级别的微小能量包，可以根据当时的环境表现为波和粒子。这一发现成为了使马克斯·普朗克获得诺贝尔物理学奖的量子理论的基础（是的，它就是那么重要！），也导致了量子计算的开始。
量子理论的一种解释是，如果像电子或光子这样的物体可能以多种状态存在，那么该物体就有一系列平行宇宙，该物体的每种可能状态对应一个平行宇宙。这被称为多世界解释或多元宇宙理论，得到包括斯蒂芬霍金在内的许多科学家的支持。
但我们仍然没有解决最重要的问题……什么是量子计算？现在让我们开始吧。
什么是量子计算？
您用来阅读本文的计算机（包括电话！）是经典计算的一个典型例子。现在，现代经典计算方法在芯片上工作，这些芯片只使用一点来处理所有数据，其中有两种可能的状态0 和 1。即使是您在经典计算中看到的最复杂的问题或算法，计算机也可以通过将其分解为 0 和 1 来理解. 然而，有些问题是如此庞大或复杂，即使是地球上最强大的经典计算机也无法解决它们！！！
这就是量子计算的用武之地！通用量子计算机使用单位量子位（量子位）而不是位。量子位可以是一个电子，其中两种不同的状态是电子甚至光子的向上自旋或向下自旋，其中两种不同的状态是垂直极化和水平极化。现在，在经典计算中，位必须处于单一状态，0 或 1。但在量子计算中，量子位可以同时处于两种状态（0 和 1），这种属性称为叠加。只有在实际测量量子位时，它才必须决定它是0还是1。这可以理解为抛硬币，可以同时正面和反面。只有当它落在你的手上时，它才明显是正面或反面。
例如：如果有 4 个位，那么这些位加在一起可以表示 2^4=16 个值，但它们一次只能容纳这 16 个值中的 1 个。但是如果有 4 个量子位，那么这些量子位一起可以同时保存这 16 个值！这就是量子计算的魅力！！！
量子计算的另一个重要特性是纠缠。在某个时刻相互作用的量子位成对纠缠在一起。因此，如果已知这一对中一个量子位的状态，假设其向上自旋状态，那么另一个量子位的状态会自动同时处于向下自旋状态。 2 个量子比特之间的纠缠是有效的，无论它们之间的距离如何，只要它们处于隔离状态。这个惊人的现象还没有解释，甚至被爱因斯坦称为“远距离幽灵行动”！！！
什么是量子霸权？
如果量子计算机至少不能比经典计算机更好，它还有什么用？这就是量子霸权的用武之地。基本上，量子霸权是经过验证的量子计算机解决经典计算机实际上无法解决的问题的能力。自 1990 年代后期以来，建造可以实现量子霸权的最强大量子计算机的竞赛一直在进行。然而，量子霸权仍然是一个假设情况，目前还没有一家公司能够实现。
2018 年 3 月，谷歌曾声称其 72 量子位量子计算机芯片 Bristlecone 未来可能会证实量子霸权。但阿里巴巴通过使用多个经典服务器来模拟 Bristlecone 的工作并获得相同结果来驳斥这些说法。由于经典计算机可以解决同样的问题，这意味着谷歌的 Bristlecone 还没有达到量子霸权。
但这并不是这场量子计算战争的结束！现在又是在 2019 年 10 月，谷歌在《自然》杂志上声称，他们最新的量子处理器 Sycamore 已经在 200 秒内执行了一个随机数生成问题，这将使 IBM 的 Summit 花费大约10,000 年的时间。但 IBM 拒绝了这一结论，称 Summit 可以在2.5 天内通过谷歌在研究中没有考虑的各种性能增强来完成这项任务。
所以基本上，在当前时代，谷歌声称拥有量子霸权，而各家公司都在反驳这些说法。量子霸权是否实现尚无明确共识，谷歌、IBM、D-Wave Systems、阿里巴巴等各家科技公司都在争先恐后！！！
量子计算的潜在应用是什么？
量子计算可能是科技世界的未来！加拿大量子计算公司 D-Wave Systems 的首席执行官 Vern Brownell表示：“我们正处于这个量子计算时代的黎明。我们相信我们正处于提供经典计算无法获得的功能的风口浪尖上。在几乎每个学科中，你都会看到这些类型的计算机产生这种影响。”
事实上，量子计算机在各个领域有许多可能的应用。现在让我们看看其中的一些：
1. 医疗保健：想要一种适合您独特的 DNA 结构和基因组的药物吗？使用量子计算，这可能是可能的。研究生物体的完整 DNA 需要大量的计算能力和存储空间，而使用经典计算很难完成。然而，量子计算将使这一过程变得更加容易，使我们能够在更深层次上了解个体 DNA，并治愈许多遗传疾病。
2.金融：金融涉及市场预测，才能赚到更多的钱！现在有很多算法使用多个概率和假设来计算未来的市场趋势。量子计算机在这种情况下可以提供极大的帮助，因为它们可以消除导致错误财务预测的数据中的盲点和错误（从而造成金钱损失！）
3. 网络安全：您知道量子计算机的疯狂速度可用于破解使我们的消息和敏感数据保密的密码吗？但与此同时，量子计算机也可用于保护数据免受使用量子加密的黑客攻击。它涉及使用纠缠原理长距离发送光子以保护数据。
4.农业：化肥在农业中非常重要！！！它们主要由氨制成。但是您知道我们仍然使用 1900 年代的技术来制造需要极压和高温的氨吗？还没有发现制造氨的新工艺，因为有数百万种可能的催化剂组合可供尝试。在经典计算机上解决这个问题可能需要很长时间，但在量子计算机上可以轻松快速地完成。
5. 人工智能：人工智能本身就很有趣，而量子计算可以使它几乎神奇地多样化。可以在量子计算机上创建复杂的算法，这些算法可能能够绘制出人脑中数以万亿计的神经元，并在神经网络领域做出巨大贡献。此外，量子计算可以与机器学习结合使用，以创建与极其复杂的网络安全协议深度互连的物联网设备。