計算機並不是憑空存在的。它們是為了解決問題而生，而它們能解決的問題由它們的硬體所決定。圖像處理器是為了表現圖像，人工智慧處理器是AI的載體，而量子計算機之所以被設計出來是為了……神馬呢？

儘管量子計算異常強大，卻並不僅僅意味著現有軟體運轉得比之前快了無數倍。其實，量子計算機既有擅長解決的問題，也有不擅長的領域。當下一代計算機進入市場時，以下這些應用將會大放異彩。

人工智慧

量子計算的主要應用之一就是人工智慧（AI）。AI的原理就是從經驗中學習，隨著反饋增加越來越準確，直到計算機程序看上去顯得「智能」。

這種反饋是基於對許多可能選項的概率計算，因此AI便成為了量子計算的完美候選人。AI誓要顛覆從汽車到醫療的每一個行業，有人甚至將AI對21世紀的重要意義與電之於20世紀相類比。

例如，洛克希德馬丁公司計劃利用其D-Wave量子計算機來測試因為過於複雜而無法在傳統計算機上運行的自動駕駛軟體，Google也正在利用量子計算機來設計能夠將車輛與地標區分開來的軟體。AI已經可以創造AI了，因此其重要性也將與日俱增。

分子建模

另一個例子是對分子相互作用的精準建模，為化學反應找到最優配置。化學反應是高度糾纏的量子疊加態。這樣的「量子化學」太過於複雜，現有的數字計算機只能對最簡單的分子進行分析。但成熟的量子計算機即使對最複雜的過程進行評估也毫不費力。

Google已經通過模擬氫分子的能量在這一領域取得了突破。這將會帶來更高效的產品，從太陽能電池到醫療用藥都是如此，尤其是化肥產品。化肥佔全球能量消耗的的2%，更高效的化肥對全球能量和環境益處深遠。

加密

現今的網路安全大多都取決於將大的數字分解成質數的困難性。雖然現有的數字計算機可以通過搜索每一個可能的分解因子來達到目的，但所需的海量時間會讓「解碼」過程變得昂貴而不現實。

量子計算機在分解因子上的效率比數字計算機有了指數級的提高，這意味著傳統的安保方式將很快成為過去。儘管需要一定時間，對新的加密方式的研發正在進行中：2015年8月，美國國家安全局開始引入一套可以抵禦量子計算機的加密方法。2016年4月，美國國家標準與技術研究所展開了一項為期4-6年的公共評估過程。

利用量子糾纏這一單向特質的量子加密方法也值得期待。城市範圍內的網路已經在一些城市中得到了展示，中國科學家也宣布其成功從量子衛星向地球上的三個不同基站發射了糾纏的光子。

金融建模

現代市場是世界上最複雜的體系之一。儘管我們不斷開發出科學和數學工具來對其進行研究，市場仍然與其他科學領域有著一項重要區別：沒有可以進行實驗的可控環境。

為了解決這一問題，投資人和分析師求助於量子計算。一個顯而易見的益處在於量子計算機固有的隨機性與金融市場的隨機性相一致。投資人總是希望在隨機生成的極大量場景下評估結果的分布。

量子帶來的另一個好處在於套利這樣的金融業務可能需要很多的路徑依賴性的步驟，而可能性的數字很快就會超過數字計算機所能負荷的容量。

天氣預報

美國國家海洋和大氣管理局首席經濟學家 Rodney F. Weiher稱，美國GDP的近30%都直接或間接受到天氣的影響，食品製造、運輸和零售等行業都遭受衝擊。更好地預言天氣的能力將使得諸多領域受益良多，防患於未然更是可以大大縮短受災後所需的恢復時間。

雖然這一直是科學家們長期以來的目標，但預測這些過程的方程包含了許多變數，使得經典模擬十分冗長。正如量子研究員Seth Lloyd指出的那樣，「使用傳統的計算機進行分析可能比實際的天氣演變所需的時間更長！」這激發了麻省理工學院的Lloyd及同事們的靈感。他們證明，預測氣象的方程式具有隱藏的波動性質，可以用量子計算機解決。

谷歌工程總監Hartmut也指出，量子計算機可以幫助人們建立更好的氣候模型，可以更深刻地洞悉人類是如何影響環境的。科學家們依據這些模型做出未來全球變暖的預估，這些模型還能幫助我們確定現在需要採取哪些步驟來防止可能到來的災害。

粒子物理學

這項激動人心的新物理學的最終應用可能不是別的，而是用來學習令人興奮的新物理學。粒子物理學的模型往往非常複雜，以紙筆計算無法應對，且需要大量的計算時間來進行數值模擬。這使得它們成為量子計算的理想選擇，而研究人員已經利用了這一點。

因斯布魯克大學和量子光學和量子信息研究所（IQOQI）的研究人員最近就使用了一種可編程量子系統進行了這樣的模擬。該團隊發表在《自然》上的文章中稱，他們使用了一個簡單的量子計算機，其中的離子執行邏輯運算，這是所有計算機計算的基本步驟。與實際的物理實驗相比，這種模擬表現出了極好的一致性。

「這兩種方法相互補充完善，」理論物理學家Peter Zoller說道。「我們無法替代在粒子對撞機上進行的實驗。然而，通過開發量子模擬器，我們有朝一日或許能夠更好地理解這些實驗。」

投資人們現在正爭先恐後地投身於量子計算生態系統，而不僅僅是計算機產業：銀行、航空公司和網路安全公司都在獲益於計算革命。

雖然量子計算已經對上述領域造成了衝擊，但相關領域還遠遠不止這些，而這才是最令人興奮之處。與所有新技術一樣，隨著硬體的不斷發展並創造新的機遇，目前難以想像的應用將得到長足的發展。

文章來源：SingularityHub

文章作者：MarkJackson

編譯：未來論壇 Uma

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