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   計(jì)算機(jī)并非存在于真空中。計(jì)算機(jī)用于解決問題，而它們能夠解決的問題類型受到硬件的影響。圖形處理器（GPU）專門用于渲染圖像；人工智能處理器用于AI任務(wù)；那么，量子計(jì)算機(jī)是為什么設(shè)計(jì)的？

雖然量子計(jì)算機(jī)的能力令人驚嘆，但并不意味著它只是讓現(xiàn)有的軟件運(yùn)行速度提升了十億倍。相反，量子計(jì)算機(jī)對某些特定類型的問題很擅長，但對另一些問題不擅長。以下是商用化量子計(jì)算機(jī)的一些主要應(yīng)用。 

分子模擬

另一個(gè)例子是對分子相互作用的精確建模，即找到化學(xué)反應(yīng)的最佳結(jié)構(gòu)。這種“量子化學(xué)”十分復(fù)雜，當(dāng)前的數(shù)字計(jì)算機(jī)能夠分析的只是最簡單的分子。

化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)上是量子化的，因?yàn)樗鼈冃纬筛叨燃m纏的量子疊加狀態(tài)。但是，充分開發(fā)的量子計(jì)算機(jī)即使對最復(fù)雜的過程也不會有困難。 

在這個(gè)領(lǐng)域的研究中，谷歌已經(jīng)模擬過氫分子的能量。這意味著在各個(gè)行業(yè)將有更高效的產(chǎn)品，從太陽能電池到制藥，等等。特別是化肥生產(chǎn)，因?yàn)榛收既蚰茉词褂昧康?/span>2％，對能源和環(huán)境的影響是非常深刻的。

密碼學(xué)

目前網(wǎng)絡(luò)安全性大多取決于對大數(shù)據(jù)進(jìn)行因數(shù)分解的難易程度。雖然可以使用數(shù)字計(jì)算機(jī)來搜索所有可能的因數(shù)來實(shí)現(xiàn)，但是所需的巨量時(shí)間使得“破解密碼”十分昂貴且不切實(shí)際。

量子計(jì)算機(jī)可以比數(shù)字計(jì)算機(jī)更有效地執(zhí)行這樣的因數(shù)分解，這意味著這種安全方法很快就會過時(shí)。新的密碼學(xué)方法正在開發(fā)，但可能需要時(shí)間。

利用量子糾纏的單向性質(zhì)也對開發(fā)量子加密方法有幫助。City-wide網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在幾個(gè)國家得到證實(shí)，中國科學(xué)家最近宣布，量子衛(wèi)星成功地將處于糾纏態(tài)的光子發(fā)送到三個(gè)獨(dú)立的地面基站。

人工智能 

量子計(jì)算的主要應(yīng)用是人工智能（AI）。AI基于從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)的原則，在得到反饋的情況下會變得更準(zhǔn)確，直到計(jì)算機(jī)程序似乎能夠展現(xiàn)出“智慧”。

反饋基于對許多可能的選擇計(jì)算其概率，因此AI是量子計(jì)算機(jī)的理想應(yīng)用。AI被認(rèn)為將破壞從汽車到醫(yī)療的每個(gè)行業(yè)，AI之于21世紀(jì)類比電力之于20世紀(jì)。 

例如，洛克希德馬丁公司（LockheedMartin）計(jì)劃使用它的 D-Wave 量子計(jì)算機(jī)來測試自動導(dǎo)航軟件，這對一般計(jì)算機(jī)來說太過復(fù)雜。谷歌正在使用量子計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)可以區(qū)分汽車和地標(biāo)的軟件。我們已經(jīng)到達(dá)AI創(chuàng)造更多AI的時(shí)間點(diǎn)，所以它的重要性將迅速升級。  

天氣預(yù)報(bào)

NOAA首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家Rodney F. Weiher聲稱，美國國內(nèi)生產(chǎn)總值的近30％（6萬億美元）直接或間接受到天氣影響，例如影響食品生產(chǎn)，交通運(yùn)輸和零售業(yè)等。更好地預(yù)測天氣的能力將對許多領(lǐng)域有很大的好處，更不用說能有更多的時(shí)間來應(yīng)對災(zāi)難。

雖然這長期以來一直是科學(xué)家的目標(biāo)，但是控制這些過程的方程包含很多變量，使得經(jīng)典的模擬十分耗時(shí)。量子研究員Seth Lloyd指出：“使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行這種分析可能需要比實(shí)際天氣變化的時(shí)間更長！”麻省理工學(xué)院的Lloyd表示，控制天氣的方程具有隱藏的波動性，這是適合量子計(jì)算機(jī)的解決方案。

谷歌工程總監(jiān)HartmutNeven還指出，量子計(jì)算機(jī)可以幫助構(gòu)建更好的氣候模型，從而使我們更深入地了解人類如何影響環(huán)境。這些模型有助于預(yù)估全球變暖，并幫助我們確定現(xiàn)在需要采取哪些步驟來預(yù)防災(zāi)難。

粒子物理學(xué)

量子計(jì)算機(jī)令人激動的最終應(yīng)用可能是…研究新物理學(xué)。粒子物理學(xué)的模型通常是非常復(fù)雜的，需要大量的數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)間。這使得它們成為量子計(jì)算的理想選擇，研究人員已經(jīng)充分利用了這一點(diǎn)。

因斯布魯克大學(xué)和量子光學(xué)與量子信息研究所（IQOQI）的研究人員最近使用可編程量子系統(tǒng)進(jìn)行了這種模擬。研究成果發(fā)布在 Nature，該團(tuán)隊(duì)使用一個(gè)簡單版本的量子計(jì)算機(jī)，其中離子執(zhí)行邏輯運(yùn)算，這是任何計(jì)算機(jī)計(jì)算的基本步驟。與實(shí)際的物理實(shí)驗(yàn)相比，該模擬顯示出很好的一致性。

理論物理學(xué)家PeterZoller說：“這兩種方法相輔相成。粒子對撞機(jī)完成的實(shí)驗(yàn)我們無法替代，但是，通過開發(fā)量子模擬器，我們能夠更好地了解這些實(shí)驗(yàn)?！?/span> 

投資者現(xiàn)在正在爭取進(jìn)入到量子計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)中，不僅僅是計(jì)算機(jī)行業(yè)，銀行，航空航天業(yè)和網(wǎng)絡(luò)安全公司都在利用這一計(jì)算革命。 

金融建模

現(xiàn)代市場是最復(fù)雜的系統(tǒng)。雖然我們已經(jīng)開發(fā)出越來越多的科學(xué)和數(shù)學(xué)工具來解決這個(gè)問題，但它不同于其他科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)主要影響是：實(shí)驗(yàn)中沒有可控設(shè)置。 

為了解決這個(gè)問題，投資者和分析師已經(jīng)轉(zhuǎn)向量子計(jì)算。量子計(jì)算機(jī)的一個(gè)直接優(yōu)勢是其固有的隨機(jī)性與金融市場的隨機(jī)性相關(guān)。投資者經(jīng)常在隨機(jī)產(chǎn)生的極大數(shù)量的情景下評估結(jié)果的分布情況。 

量子可以提供的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，套利交易之類的金融操作可能需要許多路徑相關(guān)的步驟，其可能性的數(shù)量大大超過了數(shù)字計(jì)算機(jī)所能處理的容量。

與所有新技術(shù)一樣，隨著硬件的不斷發(fā)展和創(chuàng)造新的機(jī)遇，目前難以想象的應(yīng)用將會被開發(fā)出來。