什么是量子计算？

起源

1986年，20世纪物理学的先驱之一理查德·费曼暗示了量子计算作为一种尚未探索的技术所蕴含的巨大潜力。他提出，量子计算机能够以远超传统计算机的速度解决复杂的计算问题。基于量子力学的基本原理——这是一门研究微观粒子（如电子、光子、中微子等）的科学——这种指数级的计算能力，使得量子计算机在全球范围内的研究人员和技术公司中引发了广泛关注。

为什么是量子计算？

量子计算机通过三个核心原理，将这种强大的计算能力带入现实：

• 量子比特（Qubits）
• 叠加态（Superposition）
• 量子纠缠（Entanglement）

首先，量子计算以量子比特（简称qubit）为核心和最基本的计算单元。量子比特在概念上与当今几乎所有计算机中的经典比特非常相似。但与只能处于0或1状态的经典比特不同，量子比特具有更大的状态空间。这意味着，一个量子比特可以处于0和1之外的多种可能状态，因此相比经典比特能承载更多信息。

此外，量子计算机利用量子比特的叠加态和纠缠等量子力学特性，以一种独特且更高效的方式解决复杂问题。

量子力学的力量

得益于多个具备叠加态和纠缠特性的量子比特，量子计算机代表了一种令人兴奋的新计算范式。实际上，研究人员已利用量子计算机解决并提出了对NP难问题的解决方案（例如蛋白质折叠和旅行商问题），并开发出经典算法的量子版本。在大多数情况下，量子计算机及其算法相较于经典版本展现出多项式甚至指数级的时间加速优势。

量子计算的热潮

IBM、Honeywell、Zapata、Rigetti、Amazon、Google、IonQ等公司都在积极采用并大力投资量子计算。目前大多数量子计算机仍被安置在昂贵的低温实验室中，但这些公司已将其量子计算机接入云平台，使任何人都可以免费访问和使用。近年来，人们也愈发重视量子计算机在工业和商业场景中的应用潜力。简而言之，2021年正是学习量子计算的绝佳时机。

如果这些内容看起来信息量很大，也不用担心。在接下来的课程章节中，我们将对这些主题进行更深入的讲解。现在，让我们重新聚焦于量子比特，以及它们如何彻底改变计算的世界。