编者按：随着传统计算模式的增长正在趋近瓶颈，需要找到一个新的计算模式，来解决传统计算无法解决的问题。这个新的计算模式，就是量子计算。由于量子计算的特性，“在不久的将来，量子计算可以改变世界”已经成为了共识。但它究竟是如何工作的呢？近日，CB Insight在博客上发表了一篇文章，详细介绍了量子计算的原理、量子计算行业的情况、量子计算在各个行业的应用等等。文章原题为“What Is Quantum Computing?”文章由36氪编译，希望能够为你带来启发。

量子计算将颠覆大多数行业，从电信和网络安全到先进制造、金融、医药等，但很少有人知道量子计算机实际上是如何工作的。

以气候变化为例：由于气候系统的复杂性、看似无穷无尽的数据，以及对当今计算能力越来越趋向于瓶颈，没有一台传统的计算机(比如你的笔记本)能够百分之百准确地模拟地球的气候变化。

量子计算机是配备有先进处理能力的超级计算机。能够将大量的气候变量包括在内，创建数据驱动的模型，来帮助预测天气模式并为自然灾害做好准备。

除了气候模拟，这些先进的计算系统可以在最大、最复杂的数据集上进行超快速的计算。无疑，这项技术正在引起媒体的关注。

但它究竟是如何工作的呢？

什么是量子计算？

量子计算机可以比传统计算机更有效地处理大量复杂的数据集。

他们利用量子力学的基本原理来加速解决复杂计算的过程。这些计算通常包含看似无限数量的变量，潜在的应用，跨越了从基因组学到金融的各个行业。

量子计算机通过破解密码和加密电子通信的能力，已经在重塑网络安全的方方面面。

科技领域的一些最大参与者——包括谷歌、微软、英特尔、IBM和阿里巴巴——正在探索量子计算，以提高网络安全等更多方面的能力，这表明下一场大型计算竞赛已经开始。

IBM的Q机器。

至少从2009年起，谷歌就一直在探索将量子计算用于超高速互联网搜索，但谁将成为新兴商业量子计算行业的领导者，仍有待观察。

在这篇文章中，我们将更深入地探讨量子计算是什么，与这项技术相关的好处，它的应用，以及值得关注的行业参与者。

目录如下：

不断变化的计算环境

超越摩尔定律的计算

量子计算的兴起

量子计算的类型

量子退火

量子模拟

通用量子计算

量子计算产业景观

谁在投资量子计算？

跨行业的量子计算应用

卫生保健

金融服务

网络安全

农业

云计算

量子人工智能

我们离量子霸权有多近？

不断变化的计算环境

在我们能够理解量子计算及其应用之前，我们必须看看它的前身——传统计算(基于晶体管的计算)——是如何达到极限的。

注意，存储在晶体管上的经典比特，是传统计算机中信息处理的基本单位。

它们基本上是嵌入在微芯片中的电子开关，在0或1之间交替，以处理信息。 芯片上的晶体管越多，芯片处理电信号的速度就越快，计算机就会变得越好。

超越摩尔定律的计算

1965年，英特尔联合创始人戈登·摩尔（Gordon Moore）观察到，微芯片上每平方英寸的晶体管数量每年会翻一番，同时成本却减少了一半(自1958年发明晶体管以来)。 这个观察结果被称为摩尔定律。

摩尔定律意义重大，因为它意味着随着时间的推移，计算机会变得越来越小、计算能力越来越强、计算速度越来越快。

然而，摩尔定律正在慢下来(有些人说停止了) ，传统计算机没有以过去那样的速度进步。

不出所料，英特尔在过去50多年里一直依靠摩尔定律来推动芯片创新。现在，英特尔和其他计算机制造巨头已经暗示，基于晶体管的计算正在接近一堵墙。

在2020年代的某个时候，如果我们想继续从计算能力的指数增长中获益，我们必须找到一种完全不同的信息处理方式。

进入量子计算。

量子计算的兴起

量子计算机可以提供巨大的效率优势，来解决困扰当今计算机的某些类型的计算的问题，即使摩尔定律将无限期地继续下去，量子计算机也将继续困扰它们。

首先，想象一下电话簿，然后想象你有一个特定的号码可以在电话簿中查找。传统的计算机会搜索电话簿的每一行，直到找到并返回匹配结果。

理论上，量子计算机可以即时搜索整个电话簿，同时评估每一行，并比经典计算机更快地返回结果。

这些问题需要变量和解决方案的最佳组合，通常被称为优化问题。它们是世界上最复杂的问题，有可能改变游戏规则。

想象一下，你正在建造世界上最高的摩天大楼，你需要做建筑设备、原材料、劳动力以及合规要求的预算。

你需要解决的问题是如何确定设备、材料和劳动力等的最佳组合。让你的投资回报率最大化。

量子计算可以帮助将所有这些变量考虑在内，以帮助我们最有效地规划大规模项目。

各个行业都面临优化问题，包括软件设计、物流、金融、网络搜索、基因组学等等。

虽然这些行业中最棘手的优化问题难倒了经典计算机，但量子机器非常适合解决这些问题。

量子计算机与传统计算机的不同之处在于，传统计算机的改进主要依赖于构成晶体管和微芯片的材料的进步。

量子计算机不使用晶体管(或经典比特)。相反，它们使用使用量子比特。

量子比特是量子计算机中处理信息的基本单位。

量子位可以是0到1之间的任意值，或者同时具有这两个值的属性。现在，执行计算的可能性要多得多。