量子计算

量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式，即利用量子叠加和纠缠等物理特性，以微观粒子构成的量子比特为基本单元，通过量子态的受控演化实现计算处理。

与传统计算机相比，量子计算机能够实现算力呈指数级规模拓展和爆发式增长，形成“量子优越性”。传统计算机的基础原理是二极管和逻辑门，每一个信息单元叫做比特，只能代表 0 或者 1 中的任意一个数字，对二进制数字或字节组成的信息进行存储和处理；而量子态叠加原理使得每个量子比特同时处于比特 0 和比特 1 的状态，通过两种状态的叠加实现并行存储和计算。这样操纵 1 个量子比特的量子计算机可以同时操纵 2 个状态，当一个量子计算机同时操控 n 个量子比特的时候，它实际上能够同时操控 2n 个状态。

量子计算优势

量子计算最主要的价值可以归纳为两点：开源（提高算力）+节流（降低能耗）。

首先是对算力的提升：量子计算的核心优势是可以实现高速并行计算。在计算机科学中，无论经典计算还是量子计算，他们的计算功能的实现都可以分解为简单的逻辑门的运算，包括：“与”门，“或”门，“非”门，“异或”门等。简单来讲，每一次逻辑门的运算（简称操作）都是都要消耗一个单位时间来完成。经典计算机的运算模式通常是一步一步进行的。它的每一个数字都是单独存储的，而且是逐个运算。所以对于 4 个数字进行同一个操作时，要消耗 4 单位时间。量子的并行性决定了其可以同时对 2n 个数进行数学运算，相当于经典计算机重复实施 2n 次操作。可以看到，当量子比特数量越大时，这种运算速度的优势将越明显。它可以达到经典计算机不可比拟的运算速度和信息处理功能。

其次是降低能耗：量子计算另一核心优势是低能耗。众所周知，在经典计算机中，能耗是一大技术难题。处理器对输入两串数据的异或操作，而输出结果只有一组数据，计算之后数据量减少了，根据能量守恒定律，消失的数据信号必然会产生热量。但量子计算中，输入多少组数据输出依旧是多少组数据，计算过程中数据量没有改变，因此计算过程没有能耗。这也就意味着，只有在最后测量的时候产生了能耗。而经典计算在每一个比特的计算过程中都将产生能耗。因而经典计算的集成度越高，散热越困难。随着摩尔定律渐近极限，以后的计算能力的提高只能依靠堆积更多的计算芯片，这将导致更大的能耗。这方面的突破只能依靠量子计算的发展。[1]

受滞于摩尔定律的上限、芯片大小的极限、芯片散热等问题，传统计算机在执行某些任务时遇到瓶颈，例如：1）大数因数分解；2）数据库随机搜索。而量子计算中提出的大数质因子（Shor 算法）、随机数据库搜索（Grover 算法）就很好的解决了这两个问题，能够应用于复杂的大规模数据处理与计算难题。