今年是量子力學被發現一百周年。這一突破幫助人們認識到，支配我們周圍世界最小層面（分子、原子和亞原子粒子）的物理定律，與支配我們在日常生活中與物體相互作用方式的物理定律有著根本的不同。量子力學讓我們能夠了解從血液中的新陳代謝過程到為汽車和計算機供電的電池等一切事物的細節，也讓我們能夠理解從激光到半導體等各種發現背后的原理。

量子力學改變了我們理解自然世界的方式，然而，直到 1981 年，著名物理學家理查德?費曼才指出，既然世界是量子化的，那么如果我們真的希望計算機能夠高效模擬整個自然世界，人類可能就必須建造一臺量子計算機。

經過十多年的科學發展，谷歌在實現我們構建大規模、可糾錯量子計算機的愿景方面取得了顯著進展，這種量子計算機能夠解決原本無法解決的問題。為了慶祝世界量子日，讓我們來探討一下量子計算機可以改善生活的三個領域。

1. 更好的醫學：研究人員對人體復雜的生物系統仍有許多需要了解的地方，而量子計算機可能有助于我們獲得更深入的理解，例如，幫助我們了解與藥物設計和新陳代謝相關的關鍵系統。通過計算某些候選藥物將如何與其靶點和其他生物分子相互作用，量子計算機可能有助于我們設計出更有效的治療方法，推動醫學發展。例如，量子計算機能夠比傳統計算機更快、更準確地模擬細胞色素 P450 的關鍵結構，這是一種在人體中發現的酶。細胞色素 P450 是決定藥物有效性的關鍵酶，因為它會分解我們血液中的藥物。

2. 更好的電池：世界對能源以及能源存儲能力的需求每年都在增長。量子計算機能夠準確模擬氧化鎳鋰（LNO），這是一種用于電池的材料。LNO 很難進行工業生產，其化學性質的某些方面也尚未被充分理解，但它比常用的鈷酸鋰對環境的影響更小。模擬 LNO 的量子力學行為可以改進工業生產過程，并最終幫助我們制造出更好的電池。

3. 新能源：核聚變能是恒星的能量來源，有望提供清潔且豐富的能源，但尚未實現大規模應用。設計必要的反應堆需要依靠計算模型來了解極端核聚變條件下的材料特性。然而，目前的模型缺乏準確性，往往無法與現實世界的結果相匹配，而且需要數十億的 CPU 計算時長。在容錯量子計算機上運行的量子算法可以更高效地模擬維持核聚變反應所需的機制，這最終可能有助于實現核聚變能的實際應用。

醫學和能源領域的這些進展將是一個重大飛躍，但這可能只是量子計算潛力的冰山一角。鑒于這項技術的復雜性，它可能會解決一些我們甚至還不知道如何提出的問題。但要充分發揮量子計算的潛力，需要在整個技術體系中取得進展，包括構建和擴展更好的量子比特、改進量子糾錯技術、開發新的量子算法并將其應用于現實世界。沒有人能獨自完成這項任務，因此需要與學術界、工業界和公共部門的合作伙伴合作，打造世界上最先進的量子計算系統。

本文轉載自 雪獸軟件
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