最近，阿里宣布研發出量子電路模擬器「太章」，這也讓量子計算再掀高潮。具有高速運算優勢的量子計算機，未來如果得到普及，將對人工智慧、生技醫療、區塊鏈、通訊領域帶來衝擊與改變。
量子計算機的厲害之處，在於它可以在很短的時間內，解決本來需要耗費數十年，甚至好幾個世代才能解決的問題，雖然目前仍面臨許多障礙與困難，但在可預期的未來中，這項新科技將顛覆未來世界，帶來無限可能。至於會是哪些形式呢？小智君接下來就帶大家去看一看。
人工智慧
量子計算機擁有極快的運算能力，將能大大顛覆人工智慧的發展以及其應用場景，此外，根據它可以快速處理大量信息的特性，還能解決傳統計算機所不能解決的問題。
舉個例子，未來量子晶片將能讓人工智慧邁向行動化，不論是無人機、手機、無人車，都有很大可能藉助於量子運算系統，實時應對各種狀況並及時處理資料。如果量子計算機可以克服只能在低溫環境下運作的特性，那麼就有機會提升其資料傳輸效率，甚至透過量子系統加速機器學習速度。
眾所周知，新藥研發是一條漫長且費用極高的過程，必須通過臨床實驗、主管單位核准等繁複過程，往往需耗費十年之久才能正式上市。
一款藥品是各種化學成分之間的組合交錯，化學家必須嘗試、評估各種組合，才能知道哪種配方可以對疾病有功效，這需要大量的時間、精力不斷嘗試，量子計算機高速的運算特性，可以大幅縮短藥品研發流程，可以協助人類快速檢查藥品配方、計算出最適合的成分。
中國的XtalPi晶泰科技就是這樣一家公司，致力於將量子化學計算與人工智慧相關技術應用於藥物研發的關鍵環節。他們的切入點是化學藥物的「固相」研發——包括晶型、鹽、水合物的預測和篩選。
詳細地講，通過量化計算的方法和深度學習的技術，晶泰科技能計算出化合物所有可能的晶體結構，再通過疊代優化，最終鎖定動力學中最具穩定性、最適合成藥的固相、晶型。
同時，以人工智慧對藥物分子物理、化學性質的預測，在後續的研發中優先選擇那些藥物性質最有可能成功的候選和固相，從而降低研發決策中盲目、隨機的因素，也就是，用人工智慧的「先見之明」解決藥物研發的「後顧之憂」，讓研發科學家的研發決策更加有的放矢。
總之，量子計算不僅能提升效率，還可以減少人為失誤，能在最短的時間針對疾病，設計出最有療效的藥品，將可大幅縮減藥品的研發成本與加快上市時間。
加密貨幣市場受威脅
區塊鏈最為人所知的應用之一便是「加密貨幣」。在近年掀起熱潮中，許多人會通過「挖礦」的方式來獲得虛擬貨幣。那麼擁有高速運算能力的量子計算機，如果加入挖礦行列，有沒有可能憑藉其運算優勢讓比特幣市場瓦解呢？
對此，新加坡國立大學資工系教授Divesh Aggarwal博士曾進行研究，將未來十年量子計算機運算能力的預測，與目前傳統計算機硬體的運算能力做比較，結果顯示現有的硬體在十年內仍能在速度上占有優勢，量子計算機瓦解挖礦的狀況暫時還不會太快發生。不過，在十年後量子計算機的「挖礦」速度將大幅提升。
同時，對於最近一直被廣為傳播的「4000量子比特的量子計算機能瓦解區塊鏈」的說法，中科院微電子研究所集成電路先導工藝研發中心研究員吳振華表示這並非空口無憑。
「這個是有依據的，是比對了枚舉法破解區塊鏈所需要的計算能力和4000個量子比特的計算能力之後做出的判斷。當然要求也很高，需要4000個量子糾纏的比特，同時要保證極低的錯誤率。」
此外，加密貨幣本身的安全性恐怕也將成問題，目前比特幣透過私鑰以及公開的公鑰進行加密，交易時可以在不公開私鑰的情況下，通過數位簽章驗證持幣者是否持有私鑰，這種技術稱為「橢圓曲線數位簽章算法（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm）」，而量子計算機有能力解開大部分加密技術。
隨著量子計算機技術的演進，將會對現在的加密技術安全性產生威脅，Aggarwal博士更斷言，現行的橢圓曲線數位簽章算法將可能在2027年被量子計算機徹底破解，因此目前美國、日本為了因應量子計算機時代，都開始投入新密碼架構的研發。
量子通訊
「量子力學傳送」在十多年前仍只是理論階段，量子傳送必須以「量子糾纏」為基礎，意思是幾個粒子彼此作用後，每個粒子所有的特性都會綜合成為整體性質，無法單獨描述各別粒子的性質，只能描述整體系統的性質，物理學家愛因斯坦（Albert Einstein)曾稱量子糾纏是「鬼魅般的超距作用」。
如何長距離傳輸纏結光子，一直是量子加密通訊一大難題，中國在2016年8月發射量子衛星「墨子號」，任務之一就是從衛星向地面發射糾纏量子，由於量子通訊的安全性是基於量子物理的基本原理，而非一般的加密技術，因此若能有所進展，將能從根本解決信息安全問題，避免黑客攻擊和竊聽。
2017年中國研究人員表示，「墨子號」順利從太空傳送了「無法破解的」高速量子密鑰，被稱為「中國量子之父」的物理學家潘建偉表示，量子密鑰分發是目前人類唯一已知不可竊聽、不可破譯的安全通訊方式。
因此在國防、政務、金融等方面，甚至銀行轉款、個人隱私保護方面都可以起到比較好的作用。此外，量子計算還是非常強大的計算工具，可以來解決一些傳統經典計算機解決不了的問題，比如氣象預報、藥物設計、物理材料的設計等。
量子密鑰分發就象是一個人要把寶物交付給另一個人，需要同時將放置寶物的箱子以及鑰匙一起交出，而鑰匙正是唯一可以開啟箱子的工具，一旦鑰匙被動過手腳，寶物持有者就會發現並將原本的鑰匙作廢，並換一把新鑰匙，確保收到寶物的人是對的。
量子加密通訊採用「一次一密」機制，一旦量子密鑰被黑客攔截，自身狀態便會改變，攔截者將無法取得信息，而「墨子號」的實驗，將為全球量子通訊奠定基礎。
量子計算的競爭
2018年，量子計算能力的競爭已拉開帷幕，但是還存在一個懸念，那就是誰能率先突破50量子位的「量子霸權」標誌。所謂的「量子霸權」，指的是量子計算機的計算能力超過傳統計算機，實現相對於傳統計算機的「霸權」。有觀點認為，50量子位的量子計算機就能實現「量子霸權」。
2017年底，IBM宣布成功研製一款50量子位處理器原型，並與三星、摩根大通等公司建立量子計算合作，有望在2021年前推出首個在金融領域的量子計算應用。而量子計算的另一領先者——谷歌正在開發有49個量子位的機器，此外，英特爾和微軟在該領域也持續加大投入。
而中國在該領域也一直在不斷研究中。本月初，阿里巴巴消息稱，其達摩院量子實驗室研發出目前世界上最強的量子電路模擬器「太章」，率先模擬了81比特40層作為基準的谷歌隨機量子電路。
作為一個全新的技術，量子計算始終是科研熱點。2018年3月谷歌發布研製全球首款72比特量子計算機的計劃， 但「太章」的出現打破了谷歌在此方面的霸權地位。據了解，「太章」一大特點是通信開銷極小，從而可以從阿里集團平台的在線集群算力完成舉世無雙的模擬。在64比特40層的模擬中，「太章」只需要兩分鐘並只使用14%阿里平台的計算資源即可完成。
「很顯然，建造量子計算機現在是一個世界範圍內的競賽。」美國德克薩斯大學奧斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿倫森（Scott Aaronson）說。或許，在未來一年左右我們將看到誰會是贏得這場競賽的勝者。