计算机并不是凭空存在的。它们是为了解决问题而生，而它们能解决的问题由它们的硬件所决定。图像处理器是为了表现图像，人工智能处理器是AI的载体，而量子计算机之所以被设计出来是为了……神马呢？
 
尽管量子计算异常强大，却并不仅仅意味着现有软件运转得比之前快了无数倍。其实，量子计算机既有擅长解决的问题，也有不擅长的领域。当下一代计算机进入市场时，以下这些应用将会大放异彩。

人工智能

量子计算的主要应用之一就是人工智能（AI）。AI的原理就是从经验中学习，随着反馈增加越来越准确，直到计算机程序看上去显得“智能”。
 
这种反馈是基于对许多可能选项的概率计算，因此AI便成为了量子计算的完美候选人。AI誓要颠覆从汽车到医疗的每一个行业，有人甚至将AI对21世纪的重要意义与电之于20世纪相类比。
 
例如，洛克希德马丁公司计划利用其D-Wave量子计算机来测试因为过于复杂而无法在传统计算机上运行的自动驾驶软件，Google也正在利用量子计算机来设计能够将车辆与地标区分开来的软件。AI已经可以创造AI了，因此其重要性也将与日俱增。

分子建模

另一个例子是对分子相互作用的精准建模，为化学反应找到最优配置。化学反应是高度纠缠的量子叠加态。这样的“量子化学”太过于复杂，现有的数字计算机只能对最简单的分子进行分析。但成熟的量子计算机即使对最复杂的过程进行评估也毫不费力。
 
Google已经通过模拟氢分子的能量在这一领域取得了突破。这将会带来更高效的产品，从太阳能电池到医疗用药都是如此，尤其是化肥产品。化肥占全球能量消耗的的2%，更高效的化肥对全球能量和环境益处深远。

加密

现今的网络安全大多都取决于将大的数字分解成质数的困难性。虽然现有的数字计算机可以通过搜索每一个可能的分解因子来达到目的，但所需的海量时间会让“解码”过程变得昂贵而不现实。
 
量子计算机在分解因子上的效率比数字计算机有了指数级的提高，这意味着传统的安保方式将很快成为过去。尽管需要一定时间，对新的加密方式的研发正在进行中：2015年8月，美国国家安全局开始引入一套可以抵御量子计算机的加密方法。2016年4月，美国国家标准与技术研究所展开了一项为期4-6年的公共评估过程。
 
利用量子纠缠这一单向特质的量子加密方法也值得期待。城市范围内的网络已经在一些城市中得到了展示，中国科学家也宣布其成功从量子卫星向地球上的三个不同基站发射了纠缠的光子。

金融建模

现代市场是世界上最复杂的体系之一。尽管我们不断开发出科学和数学工具来对其进行研究，市场仍然与其他科学领域有着一项重要区别：没有可以进行实验的可控环境。
 
为了解决这一问题，投资人和分析师求助于量子计算。一个显而易见的益处在于量子计算机固有的随机性与金融市场的随机性相一致。投资人总是希望在随机生成的极大量场景下评估结果的分布。
 
量子带来的另一个好处在于套利这样的金融业务可能需要很多的路径依赖性的步骤，而可能性的数字很快就会超过数字计算机所能负荷的容量。

天气预报

美国国家海洋和大气管理局首席经济学家 Rodney F. Weiher称，美国GDP的近30%都直接或间接受到天气的影响，食品制造、运输和零售等行业都遭受冲击。更好地预言天气的能力将使得诸多领域受益良多，防患于未然更是可以大大缩短受灾后所需的恢复时间。
 
虽然这一直是科学家们长期以来的目标，但预测这些过程的方程包含了许多变量，使得经典模拟十分冗长。正如量子研究员Seth Lloyd指出的那样，“使用传统的计算机进行分析可能比实际的天气演变所需的时间更长！”这激发了麻省理工学院的Lloyd及同事们的灵感。他们证明，预测气象的方程式具有隐藏的波动性质，可以用量子计算机解决。
 
谷歌工程总监Hartmut也指出，量子计算机可以帮助人们建立更好的气候模型，可以更深刻地洞悉人类是如何影响环境的。科学家们依据这些模型做出未来全球变暖的预估，这些模型还能帮助我们确定现在需要采取哪些步骤来防止可能到来的灾害。

粒子物理学

这项激动人心的新物理学的最终应用可能不是别的，而是用来学习令人兴奋的新物理学。粒子物理学的模型往往非常复杂，以纸笔计算无法应对，且需要大量的计算时间来进行数值模拟。这使得它们成为量子计算的理想选择，而研究人员已经利用了这一点。
 
因斯布鲁克大学和量子光学和量子信息研究所（IQOQI）的研究人员最近就使用了一种可编程量子系统进行了这样的模拟。该团队发表在《自然》上的文章中称，他们使用了一个简单的量子计算机，其中的离子执行逻辑运算，这是所有计算机计算的基本步骤。与实际的物理实验相比，这种模拟表现出了极好的一致性。
 
“这两种方法相互补充完善，”理论物理学家Peter Zoller说道。“我们无法替代在粒子对撞机上进行的实验。然而，通过开发量子模拟器，我们有朝一日或许能够更好地理解这些实验。”
 
投资人们现在正争先恐后地投身于量子计算生态系统，而不仅仅是计算机产业：银行、航空公司和网络安全公司都在获益于计算革命。
 
虽然量子计算已经对上述领域造成了冲击，但相关领域还远远不止这些，而这才是最令人兴奋之处。与所有新技术一样，随着硬件的不断发展并创造新的机遇，目前难以想象的应用将得到长足的发展。
 
文章来源：SingularityHub
文章作者：MarkJackson
编译：未来论坛 Uma

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