即將實現的量子計算，將如何改變世界🤔🧐

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即將實現的量子計算，將如何改變世界－QuickTake2024年12月26日 11:04 JST

能夠實現傳統計算機無法實現的事情。
存在着簡單破解加密系統的風險。
如果應用顛覆常識的量子物理學，就能創造出比傳統計算機處理能力大幅提升的全新類型計算機。大約40年前物理學家們就開始嘗試這麼理論化。
隨後，突破性進展不斷累積，如今「量子計算」正逐漸實現。開發能忠實模擬複雜現實世界現象的精確機器的競爭如火如荼，已經帶來醫藥品開發、金融建模、人工智能（AI）等多個領域的飛躍發展。

能夠實現傳統計算機無法實現的事情。美國字母表旗下的谷歌在2024年12月，爲量子計算機設計的最新半導體"威洛"，揭示了即使是最快的超級計算機也需要持續運行自宇宙誕生以來也無法解決的問題，只用了5分鐘就解決了。

傳統計算機無法處理過多的輸入變量，通常將難以處理的任務交給實驗性的量子計算機。潛在的最大優勢可能在於對相互影響且特性會隨之變化的複雜系統進行建模。
例如，可以模擬分子行爲以加速新藥研發，或模擬經濟活動主體和金融中介機構的決策以提高市場預測準確性等。

另一方面，量子計算機被認爲不太適用於勞動繁重但簡單的任務，這是因爲它們處理大量順序輸入，而大多數傳統計算機正在執行相對受限的輸入任務。

加拿大的D-Wave Quantum於2011年首次銷售了量子計算機。除IBM、Google、亞馬遜旗下的亞馬遜網絡服務（AWS）外，許多初創公司也在開發量子計算機。
最近，微軟等公司正在推進具有擴展性的實用量子超級計算機的開發。英特爾開始向研究機構交付搭載比其他量子位100萬倍更小的硅量子芯片。

谷歌、IBM以及初創企業環球菸草和賽寇量子都聲稱他們將在20年代開發出實用量子超級計算機。
作爲這一領域積極探索的一部分，中國正在投資約100億美元（約1.57萬億日元）興建量子信息科學國家研究所。

與傳統計算機類似，量子計算機也使用小電路進行計算。但是，傳統計算機是按順序進行計算，而量子計算機可以並行計算，因此可以快速運行。
普通計算機以稱爲位的單元來處理信息。位可以表示計算機芯片中的「邏輯門」開啓或關閉的兩種狀態之一。傳統計算機在轉移到下一個位置之前必須將上一個位置的信息分配給某個值。
相反，由於量子力學的「概率」性質，量子計算機的量子位在計算機完成所有計算之前不必分配值。

這就是所謂的「疊加」。傳統計算機只能表示八種狀態中的一種，比如000、001、010、011、100、101、110和111。然而，具有三量子位的量子計算機可以同時處理這些狀態。
4量子比特的量子計算機理論上可以處理傳統計算機16倍的信息量，並且每增加一個量子比特，處理能力就會加倍。這就是量子計算機能夠處理指數級別的信息量背後的原因。

在設計標準計算機時，工程師需要花費很多時間以確保每個比特的狀態與其他所有比特的狀態相互獨立。

但是，量子比特是糾纏在一起的。換句話說，一個比特的特性取決於周圍量子比特的特性。這是一個優點，當量子比特共同操作並達到解決方案時，量子比特之間可以更快速地傳輸信息。
當運行量子算法時，如果從量子比特得到矛盾（因此不準確）的結果，這些結果會互相抵消，增強出兼容性（因此可能性更高）的結果。
這種現象被稱爲「相干性（coherence）」，使計算機能夠找到最可能正確的答案。

理論上，任何展示可控量子力學特性的事物都可能用於製造量子比特。許多量子比特是由半導體制成的，IBM、D-Wave和谷歌使用超導線圈中的微小環進行製備。
一些科學家通過使用離子陷阱、光脈衝和操縱電子自旋來創建量子位。這些方法中的許多都需要比深空更低溫等非常特殊的條件。

很多。量子位能夠處理指數級別的信息，而不同於傳統的位，但由於其根本的不確定性，容易產生錯誤。量子位計算中，一旦彼此失去相干，就會有錯誤產生。
專家們致力於開發能夠糾正這些錯誤的算法的一部分，但糾正錯誤必須不斷增加量子位。
估計要確保商業應用程序能夠有效運行，可能需要數百萬甚至數十億量子位。2023年10月，加利福尼亞州初創公司Atom Computing達到了1180個量子位的連接數量，這比2022年11月IBM記錄的433個量子位多出一倍餘。

連接足夠多量子位是主要挑戰。隨着計算機規模的增大，散熱量增加，量子位失去相干的可能性會變得更高。谷歌的Willow半導體隨着量子位連接數的增加，錯誤率降低，被視爲開創性進展。

多久能夠使用量子計算機取決於想要完成的任務。學術研究人員已經通過IBM量子云平台開始了在100量子位計算機上解決問題。
這個平台可供專家以外的人使用，科學家們正致力於在未來10年內提供適用於商業用途的"環球菸草"量子計算機。
量子計算機具有驚人的問題解決能力，其中一個潛在缺點是可能輕鬆破解傳統加密系統。
量子計算機即將普及的最明顯跡象之一是，多個國家發佈了推動量子技術發展的行政命令，企業投入數百萬美元以保護傳統計算機系統免受量子計算機解密的影響。

辛苦了