（文章來源：EDA365網(wǎng)）

常規(guī)或“經(jīng)典”計(jì)算機(jī)由數(shù)十億個(gè)晶體管構(gòu)成， 被“打開”或“關(guān)閉”以表示值“ 1”或“ 0”。這允許經(jīng)典計(jì)算機(jī)使用“二進(jìn)制數(shù)字”存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)。而量子計(jì)算機(jī)使用量子位來處理信息， 可以用超導(dǎo)電子電路來表示。這些量子位能夠同時(shí)以多種狀態(tài)存在，讓并行進(jìn)行大量計(jì)算成為可能，從而加快解析的時(shí)間。

以硬幣來打比方，傳統(tǒng)晶體管可以表示正面或反面，但是不能同時(shí)表示正反面。而量子計(jì)算則可以同時(shí)表示正面和反面；這被稱作兩種狀態(tài)的疊加。當(dāng)許多量子位相互結(jié)合，或“相互糾纏”時(shí)，它們會(huì)作為一個(gè)實(shí)體來運(yùn)行，即所謂的“超級(jí)狀態(tài)”，賦予量子計(jì)算極為強(qiáng)大的并行計(jì)算能力。這允許一個(gè)量子位同時(shí)取值“ 1”或“ 0”，或同時(shí)取這兩個(gè)數(shù)。

確實(shí)、創(chuàng)建、維持、操縱和糾錯(cuò)量子位確實(shí)非常困難，但是確實(shí)仍在取得重大進(jìn)展。因此，現(xiàn)在讓我們來看看當(dāng)今量子計(jì)算先驅(qū)的工作：量子計(jì)算的先驅(qū)之一是IBM，它的計(jì)劃名為IBMQ。2016年，IBM提供了對(duì)基于云的量子硬件的訪問，并于2019年1月發(fā)布了IBM Q System One，它被描述為第一個(gè)集成量子計(jì)算系統(tǒng)用于商業(yè)用途。

英特爾也在推動(dòng)量子計(jì)算的發(fā)展，英特爾于2018年1月宣布了量子處理器叫做“纏結(jié)湖” 根據(jù)該公司的網(wǎng)站，英特爾的目標(biāo)在十年之內(nèi)量產(chǎn)量子計(jì)算機(jī)，并期望該技術(shù)從2025年開始進(jìn)入其“商用階段”。Google也在開發(fā)量子硬件和軟件，在2019年6月，量子人工智能實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人表示Hartmut Neven，Google功能強(qiáng)大的量子處理器現(xiàn)在正以雙倍的速率增長。

這已經(jīng)被稱為“尼文定律”，這表明我們可能達(dá)到量子至上的論點(diǎn)：量子計(jì)算機(jī)可以勝過任何經(jīng)典計(jì)算機(jī)底。同樣在游戲中，Microsoft在2019年2月宣布了Microsoft Quantum Network 推進(jìn)量子計(jì)算，同年5月，微軟還報(bào)告說它將開源其量子開發(fā)套件，其中包括其Q＃量子計(jì)算編程語言和編譯器。

另一位長期量子計(jì)算先驅(qū)是D-Wave Systems，該公司于2018年10月推出一個(gè)基于云的量子應(yīng)用程序環(huán)境，稱為Leap。這提供了對(duì)D-Wave 2000Q量子計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)訪問，并于2019年3月已擴(kuò)展到日本和整個(gè)歐洲。其他量子計(jì)算先驅(qū)包括中國的阿里巴巴，阿里巴巴于2018年3月推出了“ 量子計(jì)算云”。Rigetti還提供了“量子云平臺(tái)”，以及其他開創(chuàng)性的量子計(jì)算純游戲，包括量子電路和IonQ。

因此，我們有疑問的是，將要使用什么量子計(jì)算機(jī)？量子計(jì)算的第一個(gè)殺手級(jí)應(yīng)用可能是量子分子建模， 也稱為量子化學(xué)。這聽起來似乎很抽象， 但是如果您給我?guī)追昼姷臅r(shí)間，我將解釋為什么量子分子建模會(huì)幫助將計(jì)算推向新時(shí)代。

現(xiàn)在，分子是結(jié)合在一起的多個(gè)原子。例如，水分子包含兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子，或者，咖啡因分子包含八個(gè)碳原子，以及十個(gè)氫，四個(gè)氮， 和兩個(gè)氧原子，即使咖啡因分子看起來相當(dāng)簡(jiǎn)單，但是計(jì)算機(jī)還是無法建模，無法完成在量子水平上的建?！，F(xiàn)在我們確實(shí)擁有允許我們建立分子模型的軟件-例如我們現(xiàn)在正在查看的MolView軟件包， 并且些現(xiàn)有軟件包還可以模擬分子行為的基本化學(xué)反應(yīng)和互動(dòng)。

但是沒有計(jì)算機(jī)能夠準(zhǔn)確地模擬每個(gè)原子內(nèi)部的亞原子粒子可能涉及的數(shù)據(jù)數(shù)量。因?yàn)榉肿颖举|(zhì)上是量子的，所以模擬它們所需的硬件也需要是量子的，這就是量子計(jì)算機(jī)將變得如此重要的原因。我們也已經(jīng)知道量子分子模擬是可行的。

在德國還有一家名為HQS Quantum Simulations的新興公司，該公司正在開發(fā)用于分子和過程的量子模擬的軟件，來打破專門化學(xué)品，材料，農(nóng)用化學(xué)品和藥物的開發(fā)方式。 今天，我們無法準(zhǔn)確地模擬一杯咖啡的狀況。然而，從現(xiàn)在起的十到二十年后，我們可能會(huì)使用量子計(jì)算機(jī)來運(yùn)行復(fù)雜的分子模擬。這將改變我們對(duì)化學(xué)，物理生物學(xué)的理解。 反過來，它將改變我們的工程和醫(yī)學(xué)實(shí)踐。

想象一下如果您將來生病，未來的醫(yī)生或AI可以建立量子模擬整個(gè)身體，然后還建立不同藥物的量子模擬，并在您身體的量子模擬。他們可能會(huì)在幾個(gè)星期的模擬時(shí)間內(nèi)測(cè)試成千上萬種藥物， 他們可以在幾微秒內(nèi)完成所有這些操作，那將是真正的革命。

這不只是醫(yī)學(xué)，我們將能夠使用量子分子模擬來模擬氣候，預(yù)測(cè)天氣，開發(fā)新材料，測(cè)試新的建筑方式等等難以模擬的事情。而且還有可能使用量子計(jì)算機(jī)來建立物理場(chǎng)的精確模擬世界，這將是非常具有革命性的。今天，我們正在進(jìn)入“認(rèn)知計(jì)算時(shí)代”，它將是像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這樣的技術(shù)，可以使計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)從樣本數(shù)據(jù)中獲取數(shù)據(jù)并預(yù)測(cè)適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。

但是量子分子建模也將證明這只是認(rèn)知計(jì)算時(shí)代的一個(gè)方面，因?yàn)榱孔幽M可能會(huì)被用來極大地增進(jìn)我們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)知和復(fù)雜分子系統(tǒng)行為的量子預(yù)測(cè)，進(jìn)而改善我們的生活。量子分子建模與當(dāng)今大多數(shù)計(jì)算應(yīng)用程序大不相同。在整個(gè)歷史上，最具革命性的新技術(shù)一直被用來實(shí)現(xiàn)新事物，而不是以新方式做舊事物，所以未來大多數(shù)量子計(jì)算機(jī)將花費(fèi)大部分時(shí)間執(zhí)行當(dāng)今大多數(shù)人甚至無法想象的量子算法。
（責(zé)任編輯：fqj）