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例如，凭借惊人的计算能力，量子系统
可以帮助半导体制造工厂运行先进的
算法，在先进工艺（最低纳米级）上模拟
和优化分子动力学、纳米电子学和纳米
材料。芯片设计人员还可以利用量子系
统实现出色的功率、性能和面积 (PPA)，
同时消除静电放电 (ESD) 并有效散热。
纳米技术与量子技术的进步携手并
进，为精确产生和控制量子比特及其
相关设备铺平了道路。从量子点和纳
米线到纳米光子电路，这种协同作用
有望在极其复杂的尺度上实现非常
高的精度。通过离子注入，科学家采
用由一个电子和两个磷原子组成的
硅基三量子比特系统，已经实现单
量子比特操作保真度高达99.95%，
双量子比特保真度达到99.37%。
当量子遇上能源：为何意义重大
虽然量子技术还处于萌芽阶段，但它
的足迹已经遍布物理学、化学、经济学
和通信等多个科学领域。但它对能源
优化的影响尤为突出，预示着高效、创
新的新时代即将到来。最近，美国国家
可再生能源实验室 (NREL) 和Atom
Computing公司的研究人员合作推
出了一种创新的开源接口，使量子计
算机能够与电网基础设施进行交互。
NREL工程师Sayonsom Chanda表
示，传统计算机的设计无法应对能源
行业预计在未来20年内呈指数级增
长的参数。Chanda指出："我们需要
处理数以百万计的输入和输出。这
时，传统计算机的局限性开始凸显，
而量子计算机就开始展现出优势。"
正如Chanda解释的那样，每一辆电
动汽车、每一台家用电器和每一个
传感器都代表着一个潜在的变量。
这些变量之间的相互作用、共同进化
和优化过于复杂，传统系统无法精
确建模，但量子系统却能在短短几
毫秒内迅速确定复杂场景的结果。
在这种背景下，NREL等机构预测，
量子计算将成为解决能源领域难
题的一剂良方。无论是从无数端点
快速解析数据，加速系统故障后的
恢复，还是加强设备间的通信，量
子领域都能交出答卷。量子计算还
可能在以下领域发挥关键作用：
• 模拟：能源部门依靠复杂的模拟来
开发新型太阳能电池、风力发电机
和地热设备。模拟在帮助能源公司
分析石油、天然气和矿产勘探的地
质数据方面也发挥着重要作用。尽
管传统计算机可能需要几周甚至几
个月的时间来运行这些模拟，但量
子计算机凭借其惊人的并行处理能
力，可以将这一时间缩短到几秒钟。
• 智能电网管理： 随着可再生能源兴
起、极端天气和高峰过载愈加频繁
地出现，跨地域管理电网变得更具
挑战性。量子计算机可帮助智能地
实时优化电能分配，确保电力在最
需要的时间和地点可靠地传输。
• 材料发现：找到能够高效储能
或以尽可能小的损耗导电的新
材料，对可持续发展和更加环保
的未来至关重要。量子计算机可
以即时分析无数材料的特性，从
而加快发现新材料的进程。
• 催化反应建模：科学家提出将CO2
转化为有用的化学产品，以减少温
室气体排放。
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当前，模拟CO2与
纳米颗粒催化剂等大型复杂结构
的相互作用是一个极其耗时的过
程，但量子系统可以在几毫秒内
就精确地推断出模型反应机制。
• 传感器： 高性能传感器广泛应
用于能源领域，如管道完整性、
温室气体监测、资源勘探和电网
监测。量子计算技术的一项新
兴应用正是优化传感平台。
