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| 10 量子计算的潜力 尽管量子计算机的技术细节令人着 迷，但它们在现实世界中的应用才 真正令人叫绝。量子计算机有望解 决目前我们无法企及的一些问题。 这些机器具有独特的叠加和纠缠能 力，从优化复杂的物流挑战到革命 性的科学研究，有望彻底改变我们 理解周围世界并与之互动的方式。 想象一下在最复杂的层面，也就是分 子尺度上模拟自然现象。有许多复杂 的分子，由于其复杂的量子行为，很难 用传统计算机对其进行精确模拟（例 如，在我们身体中起着关键作用的蛋白 质、DNA或酶）。使用量子计算来解开 光合复合体的秘密，能够为更节能的 转化过程提供深入的信息；通过量子 计算机运行药物化合物，可以更清楚 地了解各种相互作用，否则在将相互 作用视为更广泛的生物系统的一部分 时，这些相互作用很难模拟出来。所有 这些都将助益药物开发取得重大进展。 其他前景光明的应用包括人工智能 和机器学习 (ML) 领域，量子计算机 可以处理大量数据，识别以前难以捉 摸的模式并增强人工智能的能力。 在金融领域，量子计算机有助于优化 投资组合，以提供更好的市场评估。 在机器人技术领域，通过量子驱动的 精确控制，可以更加高效地在复杂 的地形和环境中导航。量子计算还 可能有助于气候建模和农业优化。 量子计算极大地促进了优化和建 模，随着我们继续增加量子比特 的数量，并更接近于实现容错，各 行业的潜在应用将有增无减。 量子霸权：一柄双刃剑 "量子霸权"是一个最近备受关注 的术语。如果量子计算机已经能够 快速完成某项任务，而传统计算机 需要极其漫长的时间（通常是数千 年甚至数百万年）才能取得同样的 结果，那就是实现了"量子霸权"。 但是，"量子霸权"是否有些用词不 当呢？ 毕竟，我们的目标不是让量 子计算机使传统计算机变得无足轻 重，而是让它们相辅相成。量子计 算机是专用工具，而非通用机器。 想象一下这样一个世界：需要快速 准确决策的空中交通管制由量子系 统来管理。这样的系统将能够实时 处理大量数据，确保航空旅行的安 全和效率，但人们不会使用这样的 系统来预订航班! 传统计算机和量 子计算机的用途是完全不同的。 量子计算的兴起也带来了一些迫在眉 睫的挑战，尤其是在网络安全领域。 这种迫在眉睫的威胁凸显了我们需 要进入新的加密时代 能够抵挡量 子计算机强大力量的时代， 这也凸显 了监管措施的重要性，为的是确保以 负责任的方式发挥量子计算的威力。 随着我们越来越接近实现量子系统 的容错，我们必须谨慎行事，平衡巨 大的潜在利益与固有的风险。量子霸 权之旅不仅关乎计算能力；这种威 力的发挥既要明智又要合乎伦理。 什么是容错? 想象一下，您正沉浸在最喜欢的乐曲之 中，却不断地有静电干扰来捣乱。在量 子计算中，这种干扰被称为退相干。这 就像一个导致量子信息部分坍缩的小 故障，使得进一步的测量变得不可靠。 为了让量子计算机真正释放其潜力，容 错性不可或缺。容错意味着它们即使在 微小噪音或干扰情况下也可平稳运行。 量子阈值定理为我们提供了容错基 准。这个定理表明，如果量子计算机 可以处理大量的量子比特（超过1万 个），并将噪声水平降低到1%以下， 那么它就实现了可以接受的容错能 力，错误修复的速度快过了错误出 现的速度。但这绝非易事。这就好比 试图捕捉并修复现场音乐会中的每 一个瑕疵，需要大量的量子比特。 2023年12月，IBM在纽约举行的量子 峰会上公布其第一台拥有超过1000 个量子比特的量子计算机"秃鹰"。虽 然这是令人印象深刻的成果，但我们 离容错所需的数千个比特仍然相距 甚远。只有我们克服了这一挑战，量 子计算机的全部潜力才能释放出来。