最近风靡一时的“量子计算”概念——多亏了某位总理——是我们这些非科学人士探索的许多科学未知领域之一。

尽管它已经存在了几十年，但我们大多数人还没有听说过它的原因是，在大多数情况下，它是理论上的，而那些一开始就在上面进行试验的人由于需要而对它非常保密用于军事和企业机密。

尽管如此，我们现在知道存在量子力学和计算组合，并且突然间这进入了每个人的兴趣范围。如果您不知道什么是量子计算机但又不想被排除在外，请继续阅读以了解为什么它比我们今天使用的传统计算机更好。

传统计算机和比特

计算机主要是数字电子计算机，将与以称为位（0 和 1）的二进制数字表示的数据进行交互。无论是图像、文本、音频还是任何其他数据——都以位的形式存储。

在物理上，二进制数 0 和 1 可以使用任何两种状态的实体表示，例如硬币（正面和反面）或开关（开或关）。在计算机中，位是电压的存在或不存在（1 或 0），或者是磁盘中磁方向的改变或保持。

通过计算存储的位来处理数据。计算是由逻辑门完成的，逻辑门通常由控制电子信号通道的晶体管组成。如果允许信号通过，则为 1，如果信号被切断，则为 0。

晶体管的极限

随着芯片尺寸的不断缩小和组件数量的增加，电子设备可以配备数百万个小至7 纳米（比红细胞小 1000 倍，仅比某些原子大 20 倍）的晶体管。

晶体管的尺寸可以继续缩小，但最终，它们会达到物理极限，电子将通过它们隧道穿过，电子信号流将无法控制。

对于强大的计算能力和更小的设备不断增长的需求，对基本电子元件的尺寸限制是一个进步的障碍。科学家们正在寻找占用更少时间和空间来计算和存储数据的新方法，而我们可以使用的方法之一就是量子计算。

量子比特、叠加和纠缠

量子计算使用量子比特而不是比特来表示数据。量子位使用电子和光子等量子粒子表示。

量子粒子具有自旋和极化等特性，可用于表示数据。例如，向上旋转的量子位可以是 1，向下旋转可以是 0。

但量子计算的力量来自于这样一个事实，即与要么为 1 要么为 0 的位不同，量子位可以同时为 1 和 0 ，这是因为一种称为叠加的属性，其中量子粒子同时处于多个状态。

这增加了 qubit 的计算能力，因为它可以在计算期间同时用于 1 和 0，并且在最后，一旦被测量，它就变成 1 或 0。

奥地利物理学家薛定谔对一只假想的猫所做的著名思想实验可以很容易地解释叠加特性。

在量子世界中，还有另一个属性可用于计算量子纠缠。它基本上是指量子粒子的特性相互纠缠并相互依赖，因此不能单独改变。

它们就像一个具有整体状态的单一系统。

假设有 2 个量子比特发生纠缠，如果其中一个量子比特的状态发生变化，另一个也会发生变化。这导致真正的并行处理或计算，与传统计算机相比，可以显着缩短计算时间。

难点与用途

科学家和工程师需要克服许多实际障碍，例如为量子位创建受控环境并找到操纵其特性的方法，以产生预期的结果。

但是一旦具有高计算能力的量子计算机最终被创造出来，它们就可以用来解决传统计算机需要很长时间才能完成的问题。

寻找大数的质因数、大量城市的旅行商问题和其他类似问题需要进行指数数量的比较才能得到结果s。此外，即使对于当前的数字计算机而言，通过庞大的数据库进行搜索仍然是一个非常耗时的过程。

这些问题可以用量子计算机来解决，它可以在几分钟内解决传统计算机可能需要几个世纪才能解决的问题。

(H/T: IBM )