本文將要解決三個關鍵問題：“什麼是量子計算？”，“誰發明了量子計算機？”，以及“我們為什麼需要它？”
常規或“經典”計算機由數十億個晶體管構成， 被“打開”或“關閉”以表示值“ 1”或“ 0”。這允許經典計算機使用“二進制數字”存儲和處理數據。
而量子計算機使用量子位來處理信息， 可以用超導電子電路來表示。這些量子位能夠同時以多種狀態存在，讓並行進行大量計算成為可能，從而加快解析的時間。
以硬幣來打比方，傳統晶體管可以表示正面或反面，但是不能同時表示正反面。而量子計算則可以同時表示正面和反面；這被稱作兩種狀態的疊加。
當許多量子位相互結合，或“相互糾纏”時，它們會作為一個實體來運行，即所謂的“超級狀態”，賦予量子計算極為強大的並行計算能力。這允許一個量子位同時取值“ 1”或“ 0”，或同時取這兩個數。
確實、創建、維持、操縱和糾錯量子位確實非常困難，但是確實仍在取得重大進展。 因此，現在讓我們來看看當今量子計算先驅的工作：量子計算的先驅之一是IBM，它的計劃名為IBMQ。
2016年，IBM提供了對基於雲的量子硬件的訪問，並於2019年1月發佈了IBM Q System One，它被描述為第一個集成量子計算系統用於商業用途。
英特爾也在推動量子計算的發展，英特爾於2018年1月宣佈了量子處理器叫做“纏結湖” 根據該公司的網站，英特爾的目標在十年之內量產量子計算機，並期望該技術從2025年開始進入其“商用階段”。
Google也在開發量子硬件和軟件，在2019年6月，量子人工智能實驗室的負責人表示Hartmut Neven，Google功能強大的量子處理器現在正以雙倍的速率增長。
這已經被稱為“尼文定律”，這表明我們可能達到量子至上的論點：量子計算機可以勝過任何經典計算機底。同樣在遊戲中，Microsoft在2019年2月宣佈了Microsoft Quantum Network 推進量子計算，同年5月，微軟還報告說它將開源其量子開發套件，其中包括其Q＃量子計算編程語言和編譯器。
另一位長期量子計算先驅是D-Wave Systems，該公司於2018年10月推出一個基於雲的量子應用程序環境，稱為Leap。這提供了對D-Wave 2000Q量子計算機的實時訪問，並於2019年3月已擴展到日本和整個歐洲。
其他量子計算先驅包括中國的阿里巴巴，阿里巴巴於2018年3月推出了“ 量子計算雲”。Rigetti還提供了“量子云平臺”，以及其他開創性的量子計算純遊戲，包括量子電路和IonQ。
因此，我們有疑問的是，將要使用什麼量子計算機？ 量子計算的第一個殺手級應用可能是量子分子建模， 也稱為量子化學。 這聽起來似乎很抽象， 但是如果您給我幾分鐘的時間，我將解釋為什麼量子分子建模會幫助將計算推向新時代。
現在，分子是結合在一起的多個原子。例如，水分子包含兩個氫原子和一個氧原子，或者，咖啡因分子包含八個碳原子，以及十個氫，四個氮， 和兩個氧原子，即使咖啡因分子看起來相當簡單，但是計算機還是無法建模，無法完成在量子水平上的建模。
現在我們確實擁有允許我們建立分子模型的軟件-例如我們現在正在查看的MolView軟件包， 並且些現有軟件包還可以模擬分子行為的基本化學反應和互動。
但是沒有計算機能夠準確地模擬每個原子內部的亞原子粒子可能涉及的數據數量。
因為分子本質上是量子的，所以模擬它們所需的硬件也需要是量子的，這就是量子計算機將變得如此重要的原因。 我們也已經知道量子分子模擬是可行的。
例如，在2017年，一些IBM工程師在《自然》雜誌上報告說，他們已經成功使用量子計算機來模擬氫化鈹分子並且在2018年7月，該論文發表在《物理評論X》雜誌上，成功地使用量子計算機運行在傳統計算機上無法運行的分子模擬。
在德國還有一家名為HQS Quantum Simulations的新興公司，該公司正在開發用於分子和過程的量子模擬的軟件，來打破專門化學品，材料，農用化學品和藥物的開發方式。 今天，我們無法準確地模擬一杯咖啡的狀況。
然而，從現在起的十到二十年後，我們可能會使用量子計算機來運行復雜的分子模擬。 這將改變我們對化學，物理生物學的理解。 反過來，它將改變我們的工程和醫學實踐。
想象一下如果您將來生病，未來的醫生或AI可以建立量子模擬整個身體，然後還建立不同藥物的量子模擬，並在您身體的量子模擬。他們可能會在幾個星期的模擬時間內測試成千上萬種藥物， 他們可以在幾微秒內完成所有這些操作，那將是真正的革命。
這不只是醫學，我們將能夠使用量子分子模擬來模擬氣候，預測天氣，開發新材料，測試新的建築方式等等難以模擬的事情。而且還有可能使用量子計算機來建立物理場的精確模擬世界，這將是非常具有革命性的。
今天，我們正在進入“認知計算時代”，它將是像神經網絡這樣的技術，可以使計算機學習從樣本數據中獲取數據並預測適當的響應。
但是量子分子建模也將證明這只是認知計算時代的一個方面，因為量子模擬可能會被用來極大地增進我們對物質世界的認知和複雜分子系統行為的量子預測，進而改善我們的生活。
量子分子建模與當今大多數計算應用程序大不相同。 在整個歷史上，最具革命性的新技術一直被用來實現新事物，而不是以新方式做舊事物，所以未來大多數量子計算機將花費大部分時間執行當今大多數人甚至無法想象的量子算法。
文章由【巢影】字幕組譯製
閱讀更多 電巢 的文章
