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神秘的未来计算将用在何处 ——探秘量子计算的应用前景
作者:张梓钧 作者单位:满天星 所属类别: 2017-09-06 11:21:59 浏览:10
  作为面向未来的新型计算方式,量子计算近年来正吸引着越来越多的关注,并入选了世界经济论坛(夏季达沃斯)发布的2017年度全球十大新兴技术。
  现阶段,量子计算仍处于发展的萌芽期,大量前沿科学技术还处在理论研究阶段,许多技术障碍仍有待突破,距离通用化使用还具有较大距离,但在一些特定的应用领域上,具有极大的应用前景。
  在信息安全领域,量子计算机与Shor算法的结合,将对传统的加密方法,带来变革式的冲击与影响。传统的公开密钥,大多以对大数进行因数分解为基础,破解密钥对经典的电子计算机来说是非常困难的计算问题,需要花费庞大的计算资源与时间,代价极高,只要密钥位数足够长,则加密信息实际上是不可被破解的。而利用Shor算法,量子计算机在理论上能够把因数分解的时间复杂度极大降低,使得破解密码的时间极大缩短,花费代价极大降低,可以用来破解已被广泛使用的公开密钥加密方法。一旦拥有足够计算能力的量子计算机研制成功,进入使用阶段,则公开密钥的加密方式将变得不堪一击。
  在人工智能领域,量子计算可与神经网络理论相结合,用于深度学习,进行概率的计算与图像的处理等工作,量子神经网络作为一种人工智能的技术理论,也受到了长期的关注与研究。谷歌正在使用量子计算机来设计可以区分汽车和地标的软件,未来将为其自动驾驶技术的研发提供支持。人工智能的发展,需要大量的计算与数据处理能力,而这也正是量子计算的优势与强项。随着人工智能的快速发展以及在各个领域的深度渗透,量子计算有望实现更广泛的应用与更深入的发展。
  在科研领域,利用量子计算进行量子模拟,可对量子化学(分子动力学模拟)、超导物理(通过计算寻找室温超导体)、量子场论(模拟量子多体问题)等前沿领域的科学研究带来切实帮助。例如,对于铁氧还蛋白在光合作用中的新陈代谢反应进行分子动力学模拟,在经典计算机上是难以实现的,而在量子计算机上,理论上已可以在1小时内完成模拟计算;谷歌已经用量子计算机制作了第一个完全可扩展的氢分子的量子模拟,可以快速而准确的模拟出氢分子的量子态结构以及能量;因斯布鲁克大学和量子光学与量子信息研究所也已使用可编程量子系统进行了粒子物理学的模拟试验,取得较好效果。量子计算可将原本复杂难解的模拟试验与计算变得简单可行,对于科学理论研究具有巨大推动作用,将大力推动人类的科学发展。
  此外,凭借其固有的随机性与波动性,量子计算还有望在天气预报、金融建模等领域发挥作用。而未来,随着量子计算技术的发展与成熟,量子计算有望在更多的领域展开应用,全面影响我们的生活。

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