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Quantum computing: an illustrated guide
量子计算机代表着处理能力的飞跃——有望超过当今最强大的超级计算机。
量子计算机利用量子物理学的某些不寻常特性来增强其破解极其复杂算法的能力。因此，量子计算机对医学研究、人工智能和现代安全实践等具有深远的影响。
但量子计算机仍处于初级阶段，远没有成为成熟技术。
它是什么？
量子计算基于量子位元（Q 位元），量子位元可以以 1 或 0 量子态存在，也可以在两者之间的某个位置以“叠加”态存在。相比之下，传统的二进制位只能以 1 或 0 的形式存在，没有中间状态。
量子计算机使用几种方法之一来创建和维持允许操纵 Q 位元的量子态。通过操纵 Q 位元，企业可以利用一种更适合在合理时间范围内处理基于复杂算法的工作负载的新型计算，例如人工智能训练、研究算法和加密。
有何益处？
与传统位不同，Q 位元可以呈指数级扩展。例如，解决诸如解密 RSA 加密通信等复杂问题需要极强的传统计算能力和大量的时间。相比之下，量子计算机可以更快地破解相同的算法。美国国家标准与技术研究院 (NIST) 对此有所了解，并于 2016 年 12 月要求公众提交后量子算法，该算法可能可以抵制量子计算机的攻击。在提交的材料中，26 份降低了潜在的标准化，并要求密码学界分析其性能。
这在需要大量处理能力的领域开辟了新的可能性。研究人员目前正尝试利用量子计算机分析庞大的数据集，从中得出见解，以及运行前所未有的超大规模项目。量子计算机还有助于实现极其细致和可靠的仿真模拟，使组织更有把握地尝试和创新。
需考量的因素？
传统的二进制计算机仍然是处理企业内绝大多数任务的最佳选择。
虽然量子计算机的能力超群，但其成本高昂，难以维护，而且还处于非常早期的开发阶段。从物理上讲，维持 Q 位元操作所需的量子态需要接近绝对零度的工作温度——这是一项成本高昂且复杂的工作。
量子计算的另一个主要挑战是缺乏支持开发的工具，因为现有的二进制计算机工具无法在量子计算机中发挥作用。传统计算已经存在足够长的时间，且已经创建了各种编程语言、工具和流程来支持开发人员。一旦量子计算技术能够规模化，就必须再次开发这些工具，以支持新一代量子编码器。
如何应用？
量子计算目前还处于研究阶段，只有少数技术公司拥有和运营量子计算机——通常在小规模项目中测试当今可能实现内容的限制。
量子计算机在充分开发后，可以被领先创新者用于开发电动和自动驾驶车辆的新电池技术、支持化学模拟工作负载、开发新材料并执行复杂的医疗/药物研究任务。
实际上，量子计算机正针对各种工作负载进行实验。其他常见例子包括：
- 加密和解密通信
- 训练机器学习模型
- 模拟量子力学系统
- 优化系统和计算风险
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