即将实现的量子计算将如何改变世界🤔🧐

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即将实现的量子计算将如何改变世界－QuickTake2024年12月26日 11:04 JST

従来的计算机系统无法实现的事情变得可能。
有可能轻松破解加密系统。
如果应用颠覆常识的量子物理学，就可以创造出比传统计算机性能更高跃的新型计算机。物理学家们大约在40年前就开始理论化这一点。
随后，重大的进步不断积累，如今，“量子计算”正在实现。正在进行着开发精确模拟复杂现实世界现象的机器的竞争，已取得飞跃性进展的领域包括药品开发、金融建模和人工智能（AI）等多个领域。

可以实现従来計算机系统无法实现的事情。所属于美国字母表旗下的谷歌在2024年12月，解决了一直无法解决的问题，这是一个专为量子计算机设计的最新半导体"Willow")，并将超级计算机从宇宙诞生开始运行下去，解决了一个问题，这在传统计算机中即使持续运行也无法解决，只需5分钟。

传统计算机通常难以处理的输入变量过多的任务通常交给实验性的量子计算机。最有潜力的领域包括对相互影响并随着时间变化的大量可移动部件构成的复杂系统进行建模。
例如，通过再现分子行为来加快新药的开发，或通过模拟经济主体和金融券商的决策来提高市场预测的准确性等。

另一方面，量子计算机被认为不太适用于需要大量顺序处理相对有限输入的相对简单工作，尽管这些工作可能比较耗时。

加拿大的D-Wave Quantum于2011年首次销售了量子计算机。除了IBM、谷歌、亚马逊旗下的亚马逊网络服务（AWS）之外，许多初创公司也在开发量子计算机。
最近，微软等公司正积极推进具有扩展性的实用量子超级计算机的开发。英特尔已经开始向研究机构出货搭载比其他量子位100万倍更小的晶体管（量子位）的硅量子芯片。

谷歌、IBM，以及初创公司环球量子和赛区量子声称，在20年代将开发出实用量子超级计算机。
中国作为积极参与该领域的一部分，正在建设耗资100亿美元（约1.57万亿日元）的量子信息科学国家研究所。

与传统计算机一样，量子计算机也使用小型电路进行计算。然而，与传统计算机串行地计算不同，量子计算机可以并行计算，因此可以快速运行。
通常的计算机用位（bit）来处理信息。位能够表达计算机芯片的某部分是打开还是关闭的两种状态中的一种。传统计算机在处理下一个信息之前必须将上一次的信息分配给某个值。
然而，由于量子力学的“概率性”特性，量子计算机的量子位无需在计算机完成所有计算之前分配值。

这被称为“叠加”。传统计算机只能表达8种状态（000，001，010，011，100，101，110，111），但是3量子位的量子计算机可以同时处理所有这些状态。
4量子比特的量子计算机，在理论上，可以处理传统计算机16倍的信息量，每增加一个量子比特，处理能力就会增加一倍。这就是量子计算机可以比传统计算机处理指数倍的信息量的原因。

在设计标准计算机时，工程师花费大量时间来确保每位比特的状态独立于其他所有比特的状态。

然而，量子比特是相互纠缠的。换句话说，一个比特的特性依赖于其周围量子比特的特性。这是一个优势，当量子比特共同运作并达到解决方案时，量子比特之间可以更快速地传递信息。
当量子算法运行时，如果从量子比特产生了矛盾的（因此不准确的）结果，这些结果将相互抵消，且与之兼容的（因此可能性更高的）结果会变得更加显著。
这种现象被称为“连贯性”，使计算机能够产生被认为是最正确的答案。

理论上，只要表现出可控的量子力学特性，任何物质都有可能被用于制造量子比特。许多量子比特是由半导体制成的，IBM、D-Wave和Google使用超导线的微小环路来实现。
一些科学家通过使用离子陷阱、光脉冲和操控电子自旋来创建量子比特。这些方法大多需要非常特殊的条件，如比深宇宙还要低温等。

大量。量子比特可以处理比传统位更多的信息，但由于其根本不确定的性质，容易产生错误。量子比特计算会在彼此失去相干性时发生错误。
专家们正致力于开发能够修正部分错误的算法，但修正需要进一步增加量子比特。
为了确保商业应用程序的顺利运行，据估计需要数百万甚至数十亿量子比特。2023年10月，加州初创企业Atom Computing实现了拥有1180个量子比特连接数，该数字比IBM于2022年11月创下的433个记录多出一倍余。

连接足够多的量子比特是主要挑战。随着计算机规模的扩大，发热量增加，量子比特失去相干性的可能性也会增加。谷歌的Willow半导体随着量子比特连接数增加，使错误率降低，被视为突破性进展。

它们想用它来做什么取决于不同人。学术研究者已经开始通过云端的IBM量子平台，运用100个量子比特的机器来解决问题。
这个平台不仅专家可以使用，科学家们正致力于在未来10年内提供适合商业应用的"环球烟草"量子计算机。
量子计算机具有惊人的问题解决能力，潜在缺点之一是可能轻松破解传统加密系统。
显示量子计算即将普及的最明显迹象是，多个国家发布了有关推动量子技术的行政命令，企业也已投入数百万美元，以保护传统计算机系统免受量子计算机破解。

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