根據你問的是誰，有人說量子電腦要么會破壞互聯網，使幾乎所有數據安全協議都過時，要么讓我們能夠透過計算擺脫氣候危機。
這些超強大的設備是一種利用量子力學特性的新興技術，備受關注。
去年 11 月，IBM 推出了最新的量子電腦 Osprey，這是一款新型 433 量子位元處理器，其效能比 2021 年才推出的前代處理器強大三倍。
但所有這些炒作到底是為了什麼呢？
量子是一個在原子和亞原子粒子尺度上研究自然物理特性的科學領域。
量子技術的支持者表示，這些機器可能會在藥物發現和材料科學等領域帶來快速進步——這一前景預示著創造更輕、更有效率的電動車電池或有助於有效捕獲二氧化碳的材料的誘人可能性。
隨著氣候危機迫在眉睫，有望解決此類複雜問題的技術必然會引起人們的濃厚興趣。
難怪世界上一些最大的科技公司——Google、微軟、亞馬遜，當然還有 IBM 等——正在大力投資它，並試圖在量子未來中佔有一席之地。
量子電腦如何運作？
鑑於這些聽起來烏托邦的機器引起瞭如此瘋狂的興趣，了解它們的工作原理以及它們與經典計算的區別可能會很有用。
以我們今天擁有的每一種設備為例——從口袋裡的智慧型手機到最強大的超級電腦。這些操作並且始終按照相同的二進位代碼原理操作。
從本質上講，我們電腦中的晶片使用微型電晶體作為開關，給出兩個可能的值：0 或 1，也稱為位元，是二進位數字的縮寫。
這些位元可以配置成更大、更複雜的單元，本質上是由 0 和 1 組成的長字串，用資料命令編碼，告訴電腦要做什麼：顯示視訊；顯示 Facebook 貼文；播放 mp3；讓您輸入電子郵件等等。
但量子電腦呢？
這些機器以完全不同的方式運作。量子計算中的基本資訊單位取代了經典電腦中的比特，即所謂的量子比特或量子比特。這些通常是亞原子粒子，如光子或電子。
量子機器先進運算能力的關鍵在於其操縱這些量子位元的能力。
蘇黎世 IBM 研究實驗室量子模擬高級演算法全球領導者 Ivano Tavernelli 向 Euronews Next 解釋道：“量子位元是一種兩級量子系統，可以儲存量子資訊。”
「我們可以建立這兩種狀態的疊加，而不是像經典計算中那樣只有零和一這兩個級別，」他補充道。
疊加
量子位元中的疊加意味著與具有兩個可能值（0 或 1）的二元系統不同，疊加中的量子位元可以同時為 0 或 1 或 0 和 1。
如果你無法理解這一點，那麼經常給出的類比就是一便士。
當它靜止時，一分錢有兩個面：正面或反面。但如果你翻轉它呢？還是旋轉它？在某種程度上，它同時是正面和反面，直到它落地，你可以測量它。
對於計算而言，這種同時處於多個狀態的能力意味著您可以擁有指數級數量的狀態來編碼數據，從而使量子計算機比傳統的二進位代碼計算機更加強大。
量子糾纏
對於量子計算如何運作至關重要的另一個屬性是糾纏。這是量子力學的一個有點神秘的特徵，甚至讓當時的愛因斯坦感到困惑，他宣稱這是「幽靈般的遠距離作用」。
當兩個量子位元以糾纏狀態產生時，糾纏對中的一個量子位元所發生的情況與另一個量子位元所發生的情況之間存在直接可測量的相關性，無論它們相距多遠。這種現像在古典世界是沒有對應的。
IBM 研究院院長Alessandro Curioni 表示：「糾纏的這種特性非常重要，因為它在不同的單元和量子位元之間帶來了非常非常強的連接性。因此，該系統的精細化能力比經典計算機更強、更好。
事實上，今年的諾貝爾物理學獎授予了三位科學家：阿蘭·阿斯佩克特（Alain Aspect）、約翰·克勞瑟（John Clauser）和安東·蔡林格（Anton Zeilinger），以表彰他們在糾纏和推進量子資訊領域的實驗。
為什麼我們需要量子電腦？
因此，簡而言之，這些是量子電腦工作原理的建構模組。
但話又說回來，當我們已經擁有超級電腦時，為什麼我們還需要這麼強大的機器呢？
「量子電腦將使物理世界的模擬變得更加容易，」他說。
「量子電腦將能夠更好地模擬量子世界，從而模擬原子和分子」。
正如庫裡奧尼所解釋的那樣，這將使量子電腦能夠幫助設計和發現具有客製化特性的新材料。
「如果我能夠設計出更好的能量儲存材料，我就能解決流動性問題。如果我能夠設計出更好的肥料材料，我就能解決飢餓和糧食生產問題。如果我能夠設計出更好的材料作為肥料，我就能解決飢餓和糧食生產問題。
不良副作用？
但當我們進入量子時代時，也可能存在一些不良的副作用，必須加以考慮。
主要的擔憂是，未來的量子電腦可能擁有如此強大的運算能力，以至於它們可能會破壞我們今天所擁有的網路安全的基礎加密協定。
「當人們透過網路進行交流時，任何人都可以收聽對話。因此，他們必須先進行加密。而兩個素未謀面的人之間的加密方式是，他們必須依賴一些稱為RSA 或橢圓曲線的演算法，Diffie-Hellman，交換金鑰，」蘇黎世 IBM 研究實驗室的密碼學家 Vadim Lyubashevsky 解釋道。
「交換密鑰是困難的部分，這需要一些數學假設，而這些假設會被量子電腦打破」。
為了防止這種情況發生，柳巴舍夫斯基表示，組織和國家行為者應該已經將其密碼學更新為量子安全演算法，即。量子計算機無法破解的。
其中許多演算法已經構建，其他演算法正在開發中。
「即使我們沒有量子計算機，我們也可以編寫演算法，並且我們知道它一旦存在會做什麼，它將如何運行這些演算法，」他說。
「我們對特定的量子電腦將做什麼以及它將如何破解某些加密方案或某些其他加密方案有具體的期望。因此，我們絕對可以為類似的事情做好準備，」Lyubashevsky 補充道。
「這是有道理的。為類似的事情做好準備是有意義的，因為我們確切地知道他們會做什麼」。
但隨之而來的問題是，已經存在的資料尚未使用量子安全演算法進行加密。
「存在一個非常大的危險，政府組織現在已經儲存了大量網路流量，希望一旦他們建造出量子計算機，他們就能夠破解它，」他說。
「所以，儘管現在事情仍然安全，但也許現在正在傳輸的東西在十年、十五年後仍然有趣。到那時，無論誰建造了量子計算機，政府都將能夠解密它，並可能使用該信息他不應該使用」。
儘管如此，考慮到量子運算的潛在好處，柳巴舍夫斯基表示，這些風險不應阻止這些機器的開發。
「破解密碼學不是量子電腦的重點，這只是一個副作用，」他說。
「它有望擁有更多有用的實用程序，例如提高發現化學反應的速度並將其用於醫學等。所以這就是量子電腦的意義所在，」他補充道。
「當然，它有一個負面影響，那就是它會破壞密碼學。但這並不是不建造量子電腦的理由，因為我們可以修補它，而且我們已經修補了它。所以這是一個很容易解決的問題」。
有關這個故事的更多信息，請觀看上面媒體播放器中的解釋視頻。
