量子計(jì)算是一種令人興奮的全新計(jì)算模式，它不同于當(dāng)前數(shù)據(jù)中心、云環(huán)境、PC和其它設(shè)備中的數(shù)字計(jì)算。數(shù)字計(jì)算需要把數(shù)據(jù)編碼為二進(jìn)制數(shù)字（比特位），每個(gè)比特位處于兩個(gè)確定狀態(tài)中的一個(gè)（0或1）。然而，量子計(jì)算使用量子位，后者可以同時(shí)處于多個(gè)狀態(tài)。因此，量子位上的操作可以實(shí)現(xiàn)并行的大量計(jì)算。

從本質(zhì)上說(shuō)，量子計(jì)算就是并行計(jì)算的終極目標(biāo)，有著攻克傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)解難題的巨大潛力。例如，例如，量子計(jì)算機(jī)可以模擬自然環(huán)境來(lái)推進(jìn)化學(xué)、材料科學(xué)和分子建模等領(lǐng)域的科研工作。

下面是構(gòu)成量子計(jì)算基礎(chǔ)的四個(gè)關(guān)鍵概念。

一. 疊加

如果把經(jīng)典物理學(xué)看作一枚硬幣，那么這枚硬幣不是反面就是正面。比特位類似于此，不是0就是1。在量子物理學(xué)中，這枚硬幣就像持續(xù)旋轉(zhuǎn)中的硬幣，同時(shí)代表正面和方面。因此，量子位可以同時(shí)是0和1，同時(shí)上下旋轉(zhuǎn)。

量子態(tài)：同時(shí)代表多個(gè)經(jīng)典狀態(tài)

二. 糾纏

糾纏讓量子計(jì)算能夠指數(shù)級(jí)擴(kuò)展。如果一個(gè)量子位同時(shí)代表兩個(gè)狀態(tài)，兩個(gè)量子位結(jié)合起來(lái)就可以代表四個(gè)狀態(tài)。它們不再被獨(dú)立看待，而是形成糾纏在一起的超級(jí)狀態(tài)。隨著更多量子位鏈接到一起，狀態(tài)的數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)天文數(shù)字般的計(jì)算能力。

兩個(gè)量子位不再被獨(dú)立看待，它們形成超級(jí)狀態(tài)

三.脆弱性

量子態(tài)非常脆弱。測(cè)量、觀察、接觸或擾亂任何這些狀態(tài)，它們就會(huì)坍塌成經(jīng)典狀態(tài)。這些狀態(tài)不會(huì)堅(jiān)持很長(zhǎng)時(shí)間，這也就是為什么目前很難制造量子計(jì)算機(jī)。

如果被噪聲或測(cè)量所干擾，量子態(tài)會(huì)坍塌成經(jīng)典態(tài)

四.不可克隆

脆弱性的一個(gè)推論是“不可克隆定理”。在經(jīng)典物理中，如果兩個(gè)比特位由下面的硬幣來(lái)表示，人們可以復(fù)制或竊聽和重新創(chuàng)建該信息。相比之下，如果人試圖觀察或復(fù)制一套量子位中的糾纏信息，則這些信息會(huì)丟失。量子態(tài)無(wú)法在發(fā)送者或接收者不知情的情況下被復(fù)制。這個(gè)概念是量子通信的基礎(chǔ)。

無(wú)法在不破壞量子態(tài)的情況下復(fù)制、攔截或竊取

量子計(jì)算可以大幅提升性能，有望解決當(dāng)前的計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的具體復(fù)雜問(wèn)題。真正的量子計(jì)算機(jī)仍處于初級(jí)發(fā)展階段，但量子計(jì)算有望解決復(fù)雜的模擬問(wèn)題，例如大規(guī)模金融分析和更高效的藥品開發(fā)。