量子運算的潛力被譽為革命性的，它能夠以比當今最強大的超級電腦快得多的速度找到解決方案，從而改變世界上一切事物的工作方式。
但隨著高層計算量子技術可能產生的潛在收入，以及記者們爭先恐後地尋找簡單的方法來解釋背後的複雜過程，量子物理學家因對其領域缺乏了解而變得越來越沮喪。
「量子計算實際上與我們的常規計算有很大不同，」加拿大威爾弗里德·勞里埃大學教授、量子物理學家 Shohini Ghose 告訴 Euronews Next。
「這不僅僅是因為這是我們今天所擁有的更強大的版本。它實際上是一個完全不同的計算本身框架」。
這個框架很難用簡單的類比和熟悉的基準來解釋。
量子電腦並不比普通電腦強大 X 倍。對於您孩子的足球隊來說，這不是皇馬。量子電腦正在玩一個完全不同的遊戲。
「量子電腦並不是在每項任務上都表現得更好，並且會以某種方式加速我們所做的一切，」戈斯說。
「量子電腦實際上可以以更好的方式完成一些非常具體的任務」。
了解計算的新框架
普通計算機－從我們工作中使用的計算機到破紀錄的計算機前沿超級電腦– 透過將資訊轉換為二進位數字（一和零）（稱為位元）來運作。他們處理這些稱為程式碼的長字串，並使用簡單的數學來告訴程式碼要做什麼。
量子計算框架基於一種不同的基本資訊單位（稱為量子位元），其運作原理稱為疊加。
「想像一下這樣一種情況，我們的比特不完全是 0 也不完全是 1，但它有一定的機率是 0，也有一定的機率是 1，」Ghose 說。
「這就是我們所說的疊加，這就是量子位元或量子位元的描述」。
這聽起來可能不太精確，但戈斯表示，它極大地擴展了量子電腦可以解決的計算類型，並且在許多情況下，提高了它獲得解決方案的速度。
「這幾乎就像從風景中的兩個點——0和1——到能夠在風景中的任何地方流動，因為零和一的任何組合都是可能的，」她說。
改變遊戲規則的潛力
那麼，量子電腦在哪些方面比一般電腦做得更好呢？
「如果你只是寫電子郵件，你不會看到以某種方式使你的電子郵件更快或更好的巨大速度，」戈斯說。
「但可能發生的是，在後端，量子加密系統可能能夠提高通訊的安全性和隱私性」。
量子密碼學是利用量子力學來提高線上通訊安全性的一個主要研究領域。高斯表示，後端量子加密最終可能會出現在我們所有的裝置上。
「如果這是以一種真正沒有錯誤且設計完美的方式完成的，那麼它是完全不可破解的，」她說。 「這意味著要打破這種加密，你就必須打破物理定律」。
其他應用取決於建構大規模量子電腦的能力。這些範圍可以從開發更好的藥物到製造更好的太陽能電池甚至服裝。
但戈斯表示，為了真正擴大量子運算的應用，需要來自不同領域的專家參與研究。
「你不必成為物理學家才能參與這場新的量子運算革命，」她說。
「事實上，參與的人群越多，領域就越豐富，結果就越令人驚訝」。
量子之路任重道遠
在量子計算進入主流之前，還有很多問題需要回答。首先也是最重要的是是否可以建造大規模量子電腦。
「目前還不清楚我們是否能夠真正擴大規模，因為沒有人能夠果斷地證明，當我們建造越來越大的量子電腦時，我們將能夠以可持續和可擴展的方式做到這一點， 」高斯說道。
量子位元需要保持在接近絕對零度的溫度才能發揮作用，這使得熱管理成為開發人員需要解決的主要障礙。
成本也是一個問題——大多數估計單一量子位元的成本約為 10,000 歐元，這使得一台有用的量子電腦對於除少數行業之外的所有行業來說都太昂貴。
但戈斯表示，量子運算的最大挑戰和未知是處理量子錯誤。
她說：“量子計算機之所以強大，部分原因在於這種稱為糾纏的特殊現象，所有不同的量子位元都相互通信並以某種方式連接起來，從而開始充當一個整體。”
「但是，如果這些量子位元不是互相交談，而是與計算空間之外的東西交談，例如一些隨機粒子，它們也可能與這些粒子糾纏在一起」。
高斯說，為了控制量子位元並防止它們與隨機粒子相互作用，它們需要保持「比外太空還要冷」。
目前實現這一目標的唯一方法是建造「整個房間大小」的大型計算機，它可以容納所有硬體、電子設備和冷卻系統。
「我們必須進行大量的糾錯，因為它們非常非常脆弱，即使是最輕微的錯誤或雜訊也會完全破壞計算，」高斯說。
「這就是我們在前進時必須思考的問題，這真的值得嗎？如果是的話，我們如何以負責任和可持續的方式做到這一點？我不知道答案」。
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