經(jīng)典計(jì)算和量子計(jì)算的比較

經(jīng)典計(jì)算在其最終層面上依賴于布爾代數(shù)表達(dá)的原則,。數(shù)據(jù)必須在任何時(shí)間點(diǎn)或我們所說的位中以排他性的二進(jìn)制狀態(tài)進(jìn)行處理,。雖然每個(gè)晶體管或電容器在切換狀態(tài)之前需要處于 0 或 1 的時(shí)間現(xiàn)在可以縮短到以十億分之一秒為單位測量，但這些設(shè)備切換狀態(tài)的速度仍然存在限制,。

隨著我們向更小更快的電路發(fā)展,，我們開始達(dá)到材料的物理極限和經(jīng)典物理定律應(yīng)用的閾值。除此之外,，量子世界接管了量子計(jì)算機(jī),，可以使用許多元素粒子，例如電子或光子,，它們的電荷或偏振充當(dāng)0和/或1的表示,。 這些粒子中的每一個(gè)都被稱為量子比特或量子比特，這些粒子的性質(zhì)和行為構(gòu)成了量子計(jì)算的基礎(chǔ)[2],。經(jīng)典計(jì)算機(jī)使用晶體管作為邏輯的物理構(gòu)建塊,，而量子計(jì)算機(jī)可能使用捕獲離子、超導(dǎo)環(huán),、量子點(diǎn)或鉆石中的空位 [1],。

隨著我們向更小更快的電路發(fā)展，我們開始達(dá)到材料的物理極限和經(jīng)典物理定律的適用門檻,。在量子計(jì)算機(jī)中,，一些元素粒子,，如電子或光子，可以用它們的電荷或偏振作為0與/或1的表示,。這些粒子中的每一個(gè)都被稱為量子比特,，或量子位，這些粒子的性質(zhì)和行為構(gòu)成了量子計(jì)算的基礎(chǔ),。經(jīng)典計(jì)算機(jī)使用晶體管作為邏輯的物理構(gòu)件,，而量子計(jì)算機(jī)可能使用離子阱（trapped ions）、超導(dǎo)回路(superconducting loops),、量子點(diǎn)（quantum dot）或鉆石中的空位,。

• 構(gòu)建可擴(kuò)展且穩(wěn)定的量子硬件：量子計(jì)算的主要挑戰(zhàn)之一是構(gòu)建一種可以處理大量量子比特同時(shí)保持穩(wěn)定性和一致性的設(shè)備。

• 處理量子系統(tǒng)中的噪聲和錯(cuò)誤：量子系統(tǒng)對噪聲和錯(cuò)誤高度敏感,，這可能會(huì)破壞計(jì)算并導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確,。

• 為量子計(jì)算開發(fā)高效的算法：隨著量子計(jì)算機(jī)功能的擴(kuò)展，對可以利用量子系統(tǒng)獨(dú)特屬性的新算法的需求也在增加,。

• 實(shí)施糾錯(cuò)和減錯(cuò)方法：糾錯(cuò)和減錯(cuò)對于構(gòu)建有用的量子計(jì)算機(jī)至關(guān)重要,，但用于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法仍處于開發(fā)的早期階段。

• 設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)量子通信和組網(wǎng)：量子通信和組網(wǎng)技術(shù),，如量子密鑰分發(fā)和量子隱形傳態(tài),，仍處于發(fā)展的早期階段，在大規(guī)模實(shí)施之前還有許多挑戰(zhàn)需要克服,。

• 解決缺乏熟練專業(yè)人員的問題：量子計(jì)算領(lǐng)域相對較新,，缺乏具有使用量子設(shè)備和軟件的必要技能和知識的專業(yè)人員。

• 解決量子技術(shù)與經(jīng)典技術(shù)集成不足的問題：將量子技術(shù)與現(xiàn)有經(jīng)典技術(shù)無縫集成仍然是一個(gè)挑戰(zhàn),，使得量子計(jì)算難以用于實(shí)際應(yīng)用,。

• 為量子計(jì)算開發(fā)強(qiáng)大的軟件和編程語言：目前可用于量子計(jì)算的軟件和編程語言有限，這些仍處于開發(fā)的早期階段,。

• 解決缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的問題：目前量子計(jì)算領(lǐng)域缺乏標(biāo)準(zhǔn)化,，這導(dǎo)致難以比較不同的設(shè)備和技術(shù)。

• 解決量子計(jì)算的成本效益問題：構(gòu)建和運(yùn)行量子計(jì)算機(jī)仍然非常昂貴,，這是廣泛采用量子計(jì)算的主要障礙,。

量子計(jì)算的趨勢

• 增加量子設(shè)備中的量子比特計(jì)數(shù)和相干時(shí)間(Coherence Times)：量子計(jì)算機(jī)中的量子比特（量子比特）數(shù)量是衡量其性能的重要指標(biāo)。隨著量子比特?cái)?shù)量的增加,，設(shè)備的計(jì)算能力也會(huì)增加,。相干時(shí)間是指量子比特在退相干之前可以保持其量子態(tài)多長時(shí)間，而更長的相干時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的計(jì)算,。

• 開發(fā)新的量子算法和優(yōu)化技術(shù)：隨著量子計(jì)算機(jī)功能的擴(kuò)展,，新算法和技術(shù)的開發(fā)也在擴(kuò)展，以利用量子計(jì)算的獨(dú)特屬性。其中包括量子機(jī)器學(xué)習(xí),、量子糾錯(cuò)和量子優(yōu)化算法,。

• 量子啟發(fā)（quantum-inspired）的經(jīng)典算法和硬件的出現(xiàn)：研究人員正在研究量子系統(tǒng)的特性,，以開發(fā)新的經(jīng)典算法和硬件,，模仿量子計(jì)算的一些優(yōu)勢。

• 行業(yè)和政府對量子計(jì)算的興趣和投資日益濃厚：隨著量子計(jì)算的潛在應(yīng)用變得更加明顯,，行業(yè)和政府對該領(lǐng)域的興趣和投資也在增加,。

• 量子研究機(jī)構(gòu)和公司之間的協(xié)作和資源共享增加：隨著量子計(jì)算變得越來越重要，量子研究機(jī)構(gòu)和公司之間的協(xié)作和資源共享越來越多,。

• 量子機(jī)器學(xué)習(xí)和量子人工智能的使用：研究人員正在探索使用量子計(jì)算來開發(fā)新的機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法,，以利用量子系統(tǒng)的獨(dú)特屬性。

• 量子云服務(wù)的興起：隨著量子比特?cái)?shù)量和相干時(shí)間的增加,，許多公司現(xiàn)在都為用戶提供量子云服務(wù),，這使他們能夠訪問量子計(jì)算的強(qiáng)大功能，而無需構(gòu)建自己的量子計(jì)算機(jī),。

• 量子糾錯(cuò)的進(jìn)步：為了使量子計(jì)算機(jī)實(shí)用,，有必要擁有量子糾錯(cuò)技術(shù)，以盡量減少計(jì)算過程中發(fā)生的誤差,。正在開發(fā)許多新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),。

量子計(jì)算的未來

在不久的將來，量子計(jì)算很可能會(huì)繼續(xù)針對優(yōu)化,、機(jī)器學(xué)習(xí)和密碼學(xué)等特定應(yīng)用進(jìn)行開發(fā),。研究人員還致力于開發(fā)更穩(wěn)定、更可靠的量子比特,，這是量子計(jì)算機(jī)的構(gòu)建模塊,。隨著技術(shù)的成熟和變得更容易獲得，預(yù)計(jì)它將越來越多地用于金融和醫(yī)療保健等行業(yè),，可用于分析大量數(shù)據(jù)并做出更準(zhǔn)確的預(yù)測,。

從長遠(yuǎn)來看，量子計(jì)算有可能徹底改變許多行業(yè),，改變我們的生活和工作方式,。然而，它仍然是一項(xiàng)相對較新的技術(shù),，在完全實(shí)現(xiàn)之前需要進(jìn)行大量的研究和開發(fā),。

原文

https:///general/324213-trends-and-challenges-in-quantum-computing