量子计算机能做什么传统计算机做不到的事情?
解决当今世界上最具挑战性的问题,传统计算机可能要花费上10亿年,而量子计算机则可能会在几天\几小时\甚至几分钟内完成.
量子计算可以帮助研究人员开发新的催化剂和材料,改进药物,加速AI的研究,并回答宇宙起源的基本问题.
量子模拟
使用量子程序模拟量子系统本身具有巨大的潜力,可以为很多行业带来创新.光合作用\超导体\以及复杂分子是可以使用量子程序模拟的量子系统的例子.
使用符合量子力学法则的方式模拟量子系统在计算上是非常昂贵的.我们需要考虑所有可能的状态叠加以及状态数随着系统大小的增加呈指数增长.在量子计算机中,我们不需要模拟系统的所有状态,而是,我们把所有模拟系统的量子态嵌入到计算机的量子位中,并使用一组特定的量子门进行模拟.换句话说,我们使用量子计算机模拟量子系统.
化学分子是量子系统,因此可以用这种方法来分析.比如硝化酶,如果能更好地理解它的性质,将有助于降低能源消耗和温室气体排放.
密码学
可能量子计算机最有名的应用是在密码学,正如Peter Shor 1994年所展示的,一个可扩展的量子计算机可以破解所有广泛应用的传统加密算法.传统密码学依赖于大数运算的难驾驭性,比如把大数因子分解为两个质数.
量子计算使这些操作在理论上易于处理.虽然这种算法的实现在当前规模的量子硬件上是不可行的,但它催生了用于未来数据安全的抗量子算法的发展,包括用于加密和密钥分发的新量子算法.
在微软,我们有世界领先的团队在后量子密码学和安全领域研究算法.
最优化
优化的任务是在高维空间中进行大量的搜索,以找到最小化成本函数的方案.使用量子计算机,我们可以加速最优化算法,使在其他情况下不可能的方案成为可能.应用范围从运输到物流,医疗保健\诊断到材料科学.如何提高这些行业的效率,将产生深远影响.
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机器学习
经典计算中大量的数值计算实际是求解线性方程组,特别是在机器学习领域,大量的计算成本都花在求解大型矩阵的逆上.
幸运的是,有一种量子算法允许我们比传统计算机指数级的快速近似地解决这个系统.这个算法为每一个需要求解线性方程组的大大加速打开了大门.
这些领域问题的解决将有助于解决能源危机,气候变化,粮荒,以及个人准确的医学诊断.
受量子启发的算法
受量子启发的算法是用传统硬件实现的,但是使用量子原理提高速度和精确度.
受量子启发的算法正在被应用于医院研究.比如,提高核磁共振成像的准确性.受量子启发的算法正在被用于优化核磁共振仪器的配置,以诊断特定疾病.
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原文链接:
https://docs.microsoft.com/en-us/quantum/overview/quantum-computers
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