摩尔定律已逼近极限，算力还能如何增长？
科学家们正在寻找各种替代方法，例如用超导量子处理器，取代现在的传统计算机。
IBM、谷歌、微软等公司都在砸重金，积极探索这一领域。
在旧金山的一场芯片展会上，IBM副总裁兼研究院Almaden实验室主任Jeffrey Welser接受了外媒VentureBeat的采访，回答了公众关心的问题。
量子计算机为何比经典计算机更快，除了破解密码还有哪些用途，它会有自己的摩尔定律吗？
量子位对Welser的回答做了编译整理，希望能帮你了解量子计算的现状和未来。
什么是量子计算量子计算是一种计算形式，它利用了一些量子效应，我们认为它可以比传统算法更有效地处理某些类型的算法。量子计算机的基本单元是量子比特（qubit）。
我们都熟悉常规的比特1或0。量子比特可以是1或0，也可以同时处于1和0的叠加。
此外，你可以纠缠两个量子比特，或成百上千个量子比特。每当你对其中一个进行操作时，由于纠缠，它会立即确定所有这些量子比特的状态。
从某种意义上说，它能够进行大规模并行计算。对应到它上面的算法或问题，可以比经典计算机统快指数倍的速度，更快或更好地完成任务。
可以做到这一点的例子是化学和材料，它们本身是基于量子化学。这都是量子效应。你可以更精确地以更大的尺度模拟这些分子。
比如咖啡因分子，它有大约95个电子，不是一个特别大的分子，但是如果想在经典计算机上完全模拟它，你必须有10的48次方个经典bit。作为参考，地球上有大约10的50个原子。显然你永远无法那样做。
使用量子系统，如果它是一个非常强大的容错量子系统，你可以用160个量子比特来做。我们的系统包含50个量子比特，距离160不远。
如果你去访问IBM Q网站，可以玩一下16量子比特的系统。从某种意义上说，我们还有几年的时间去让量子系统比经典系统更具价值，它并不像以前那么遥远。
量子计算机的工作环境量子计算机做成这样的结构是因为芯片芯片需要隔离。量子计算芯片在底部，导线全都汇入那里。
如果要使用它，会有一个罐子和周围的东西来做隔离。当它被隔离时，整个系统会降低到低压，也会降到低温，这才是真正重要的。
整个装置从上到下，温度依次降低。顶部约为40开尔文，然后再下降到4开尔文、100毫开尔文，依此类推。当到达底部时，温度是15毫开氏度，也就是绝对零度以上千分之15度。作为参考，太空的温度大约是2到3开尔文。量子计算机的核心温度比外太空要冷几百倍。
需要将它冷却的原因是隔离热干扰。任何热能都会使量子比特摆脱我们想要的叠加状态。即使有了这些隔离，量子比特也仅能保持约100微秒（万分之一秒）的叠加状态。
但这仍然是一个很短的时间，我们必须在该时间段内完成所有计算。
量子计算机现在有什么用？大多数关注它的人主要集中在三个领域。
其中一个是化学与新材料的发现。
JSR是一家大型半导体聚合物生产商。他们相信当系统足够大时，量子计算将帮助他们发现具有不同属性的新材料，以满足任何必要的应用。材料推动了汽车、电池等产品的快速发展。在三到五年内，我们将拥有足够大的系统。
另一个用途是优化。
摩根大通和巴克莱是我们的会员。他们正在考虑使用大型量子蒙特卡罗模拟或其他优化问题，以定价债券或预测非常复杂的金融系统的行为。今天我们用超级计算机能做到这一点，问题是性能有限，你只能模拟这么多。
最后一个是AI和机器学习。
有一些机器学习问题可以映射到量子系统，量子计算机可以让你做出比在标准系统上更大的参数和特征空间集。大约六个月前，我们刚刚发表了一篇相关论文。
还有一点我没有提到过的，就是大多数人都在想的因子分解或密码学，这种观点认为量子计算机可能会非常大，因此可能会破解我们正在使用的加密方法。
确实，如果你有一个足够大的系统，可以分解一个非常大的数字，当前在互联网上使用的加密类型将是脆弱的。但要实现这一目标，可能需要一个数千甚至上百万个量子比特的系统，必须非常强大，毫无差错的量子比特，这是我们今天没有的。
