什么是量子计算？
- 10/22/2019
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有些问题是如此困难，如此之大，以至于即使世界上每台超级计算机都在解决该问题，它仍然需要比宇宙寿命更长的时间才能解决。
量子计算机有望解决地球上一些最大的挑战-在环境，农业，健康，能源，气候，材料科学以及我们尚未想到的问题中。量子计算机的影响将是深远的，其影响将与1947年晶体管的诞生一样大，这为当今的数字经济铺平了道路。
量子计算利用量子物理学的独特行为来提供新的强大的计算模型。量子物理学理论认为，物质在量子水平上可以处于多种经典状态的叠加中。那些许多州像潮汐池中的波浪一样互相干扰。测量后的物质状态“崩溃”为经典状态之一。
此后，重复相同的测量将产生相同的经典结果。当粒子以某种方式相互作用时发生量子纠缠，即使粒子在物理上相距很远，也无法独立地描述每个粒子的量子态。
量子计算将信息存储在物质的量子状态中，并利用其叠加和纠缠的量子性质来实现对该信息进行计算的量子运算，从而利用和学习对量子干涉进行编程。
量子计算听起来可能令人生畏，但有了合适的资源，您现在就可以开始构建量子应用程序。
量子比特
量子计算定义了反映量子行为的计算概念。量子计算始于量子位的概念。在量子计算中，量子位- 量子位 -是量子信息的单位，就像经典位一样。在经典位保存单个二进制值（例如0或1）的情况下，qubit的状态可以同时处于0和1 的叠加。
测量量子位的行为会改变量子位状态。通过测量，量子位从叠加变为经典状态之一。
多个量子位也可以纠缠。当我们测量一个纠缠的量子比特时，我们对其他纠缠态的了解也会随之更新。
量子算法
量子算法旨在利用量子性质和行为来加速经典算法，或者提供全新的物理系统建模方法。这些算法利用了量子位编码信息的方式以及对多个纠缠量子位进行叠加的并行性。
古典计算机以比特为单位对信息进行编码。每个位编码两个可能的值0或1。一个qubit同时编码两个值0和1。两个经典位编码4个可能值之一（00、01、10、11），而两个qubit编码这4个值的任何叠加虽然我们只能在测量时获得这些值之一，但它们同时处于状态。四个量子位同时对16个值的任何叠加进行编码，以此类推。与当今最大的计算机系统相比，100 qubit可以编码更多的信息。
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此外，当多个纠缠的量子位连贯地起作用时，它们可以同时处理多个选项。纠缠的量子比特只需花费最快的非量子系统所需的时间即可处理信息。
利用这些量子属性是数十年来量子算法研究的追求，并且发现了许多创新技术，这些技术可以在解决经典问题的一小部分时间内解决问题。
最著名的量子算法之一是Shor的因式分解算法，它使经典的难以解决的问题迅速地将大数分解为两个质数，足以挑战传统密码学。
在更具建设性的方面，通过叠加，量子纠缠和量子位的无克隆特性，使得用于安全密码密钥分发的算法成为可能，这意味着无法无检测地复制量子位。
Grover的算法着重介绍了一种量子算法技术，该技术为搜索非结构化数据提供了二次加速。
量子硬件
在经典计算机中，位对应于硅电路中的电压电平。量子计算硬件可以通过量子位的许多不同物理实现来实现：捕获离子，超导，中性原子，电子自旋，光极化，拓扑量子位。量子硬件是一种新兴技术。量子位本质上是脆弱的，并且在与环境相互作用时变得不那么连贯。需要平衡系统的保真度和可伸缩性。小数位数（即qubit数）越大，错误率越高。
微软正在开发一种基于拓扑量子位的量子计算机。我们认为，拓扑量子位将不受环境变化的影响，因此降低了外部纠错的程度。拓扑量子位具有增强的稳定性和对环境噪声的抵抗力，这意味着它们可以更轻松地扩展并保持更长时间的可靠性。
量子计算–完整的硬件和软件堆栈
微软的量子程序之所以独特，是因为我们专注于扩展系统的每个组件以提供真正的量子影响。这种综合方法涉及：
- 使用可靠，可扩展且容错的拓扑量子位来构建量子计算机，
- 设计具有低功耗和低散热的独特低温控制平面，
- 开发完整的软件堆栈，以便对量子计算机进行编程并大规模控制系统。
引入了开源量子开发套件（QDK），以使量子编程和算法开发更容易访问。我们的高级编程语言Q＃解决了量子编程的挑战。我们将Q＃设计为专注于算法和应用程序开发的高级量子编程语言。Q＃编译器集成在软件堆栈中，该软件堆栈使量子算法可以编译为量子计算机的原始操作。达到一定规模（量子位的数量）时，可以在经典计算机上模拟量子计算。使用模拟，您可以立即开始编写量子程序，以便明天在量子硬件上运行。我们还将Q＃与示例，库和学习练习配对，以使今天开始量子编程变得容易。
