什麼是量子運算？

量子力學是在微觀層面研究粒子行為的物理學領域。在次原子層面上，描述粒子行為的方程與描述我們周圍宏觀世界的方程不同。量子電腦利用這些行為以一種全新的方式執行運算。

量子電腦使用量子原理工作。需要一本新的術語詞典才能全面了解量子原理，這些術語包括疊加、糾纏和去相干。接著，我們來了解下這些原則。

疊加

疊加態表明，就像經典物理學中的波一樣，您可以新增兩個或多個量子狀態，結果將是另一個有效的量子狀態。相反，您也可以將每個量子狀態表示為兩個或多個其他不同狀態的總和。這種量子位元的疊加賦予了量子電腦固有的並行性，使它們能夠同時處理數百萬個操作。

糾纏

當兩個系統如此緊密地連結在一起時，就會發生量子糾纏，如此，只要您獲悉一個系統的知識，即可立即了解另一個系統，無論它們相距多遠。量子處理器可以透過測量一個粒子而得出關於另一個粒子的結論。例如，他們可以確定如果一個量子位元向上旋轉，另一個將始終向下旋轉，反之亦然。量子糾纏使量子電腦能夠更快地解決複雜問題。

當測量量子狀態時，波函數會坍縮，您可以將狀態測量為 0 或 1。在這種已知或確定的狀態下，量子位元可充當經典位元。糾纏是量子位元將其狀態與其他量子位元相關聯的能力。

去相干

去相干是量子位元中量子狀態的損失。環境因素 (如輻射) 會導致量子位元的量子狀態崩潰。建構量子電腦的一項重大工程挑戰是，設計各種試圖延遲狀態去相干的功能，例如建置保護量子位免受外部場影響的特殊結構。

沒有人展示出建置容錯量子電腦的最佳方法，多家公司和研究小組正在研究不同類型的量子位元。以下是我們給出的其中一些量子位元技術的簡要範例。

量子閘、離子阱 (Ion Trap) 處理器

閘型量子電腦是一種接收輸入資料並根據預定義的單一操作對其進行轉換的裝置。該操作通常由量子電路表示，且類似於傳統電子產品中的閘作業。然而，量子閘與電子門完全不同。

陷獲離子量子電腦使用荷電原子 (稱為離子) 的電子狀態來實作量子位元。您可以使用電磁場，將離子限制並懸浮在自由空間中。陷獲離子系統運用了使用雷射裝置的量子門，進而操控離子的狀態。 陷獲離子量子位元使用來自自然界的原子，而不是合成製造量子位元。

量子閘、超導處理器

超導性是一組物理特性，您可以在非常低的溫度下於某些材料 (如汞和氦) 中觀察到這些特性。在這些材料中，您可以觀察到特徵臨界溫度，低於該溫度時，電阻為零並且磁通量場會被排出。通過超導電線的電流可以在沒有電源的情況下無限期地持續存在。

超導量子運算是量子電腦在超導電子電路中的一種實作。超導量子位元是使用以低溫溫度作業的超導電路建立的。

光子處理器

量子光子處理器是一種操縱光進行運算的裝置。光學量子電腦利用發射壓縮光脈衝的量子光源，具有對應於持續算子模式的量子位元，如位置或動量。

中性原子處理器

中性原子量子位元技術類似於陷獲離子技術。然而，它使用光而不是電磁力來捕獲量子位元，並將其固定在適當的位置。原子不帶電，而電路可以在室溫下運行

芮得柏原子處理器

芮得柏原子是一個受激原子，平均擁有一個或多個遠離原子核的電子。芮得柏原子具有許多特殊性質，包括對電場和磁場的過度回應以及長壽命。當用作量子位元時，它們會提供強大且可控的原子相互作用，而您可以藉助選擇不同的狀態來調整這些相互作用。

量子退火

量子退火使用物理過程將量子系統的量子位元置於絕對能量最小值。此時，硬體會逐漸變更系統的組態，以便其能源格局反映需要解決的問題。量子退火器的優勢在於，量子位元的數量可以比量子閘系統中可用的數量大得多。但是，它們僅可用於特定情況。

如果您想嘗試量子運算，您可以在本機電腦上使用量子硬體模擬器。模擬器是模仿傳統電腦上的量子行為的常規軟體。它們是可預測的，可讓您看到量子狀態。如果您想在投資量子硬體時間之前測試您的演算法，則它們會很有用。然而，它們無法重新建立真實的量子行為。

您還可以使用雲端量子運算服務在真正的量子電腦上編寫程式碼，而無需投資昂貴的硬體。