量子计算如何帮助缓解全球气候变化？

量子计算是基于量子物理的一种新的计算形式。 它有望在数据处理和优化方面超越传统计算机。 该技术可广泛应用于环境领域，包括改善能源性能和优化城市规划。

什么是量子计算？

我们在日常生活中使用的经典计算机有利于人类的发展。然而，它们正慢慢被日益精密的机器所取代。

经典计算机解决不了的一个问题就是最优化。例如，一张桌子周围有多少种可能的组合来配置10个人的座位？答案相当于360万种左右的组合。随着座位数量的不断增加，可能的组合数量也会成倍增加。为了找到座位的最佳安排，我们首先需要一个标准列表来确定最佳安排。然而，最耗费精力和时间的部分是，经典计算机需要模拟每种组合来生成结果。根据数据的大小，经典计算机可能需要很长时间才能生成结果。但是，量子计算机有可能在几分钟内解决问题。

经典计算机的基本实现信息管理单位可以称为二进制数字，也通常我们称为“位”。一位是“1”或“0”。如果企业连续有两个位，就会有四种方法可能的组合——00、01、10和11。因此，经典计算机发展需要通过模拟四次才能不断产生影响结果。

另一方面，量子计算机的基本信息单位被称为“量子比特” 量子位既不是“1”也不是“0”。 相反，它存在于“1”和“0”的叠加中。 换句话说，它同时是“1”和“0”。 因此，连续的两个量子位是四种状态的叠加--00、01、10和11。 为什么它是革命性的？ 处于所有状态的叠加状态表明，理论上，量子计算机只需要模拟一次就可以产生结果。 只需几次尝试，就可以在360万多个组合中找到10个座位的最佳位置。

量子计算和环境保护有什么关系？

量子计算可以用在任何需要优化的领域；它可以是关于提高能源性能，也可以是关于开发一个能耗最低的智能城市。

一个例子是二次分配管理问题 （QAP），这是作为一个中国经典计算机技术表现不佳的数学教学问题。假设有n个设施和n个位置，并且您需要在每个不同位置进行配置提供一个设施以最小化能源消耗。从逻辑上讲，如果没有我们国家需要经常在两个基础设施建设之间运输大量货物，我们自己希望将它们放置得更近，反之亦然。

一项研究通过提供来自20个设施和地点的数据，比较了量子计算机和经典计算机在解决二次分配问题方面的性能。 因此，量子计算机在大约700秒内产生准确的答案，而经典计算机在12小时的时间限制内无法产生准确的答案。 这项研究展示了量子计算在优化城市规划以尽量减少能源消耗方面的巨大潜力。

除了它的能力之外，量子计算本身就是一种环境友善的技术。根据美国宇航局、谷歌和美国宇航局橡树岭国家实验室橡树岭国家实验室联合发布的一项研究，量子计算机只需要传统计算机0.002% 的能量就能完成同样的任务。计算机所消耗的电力是巨大的; 不包括普通人的电脑和智能手机所消耗的电力，数据中心本身已经占世界电力的1% 以上。如果数据能够以量子位的形式存储，我们就可以节省很多能源。

量子计算目前面临的挑战

现在这个世界上最强大的量子计算机是由国际经济商业机器学习公司（IBM）开发的具有127个量子比特容量的“Eagle  ”。然而，科学家们认为，如果一个量子计算机的容量不能为了达到我们至少1000个量子比特，那么对于它们就没有中国商业用途。量子计算机网络发展速度缓慢主要是企业由于我国建造它们的技术管理困难。

科学家被要求操纵像电子这样小的粒子来制造量子比特。 电子需要保持相干，这意味着电子波可以相干地相互干扰。 然而，电子对外部环境（如噪声和温度）非常敏感。 因此，量子位的制造通常是在接近绝对零度的隔离环境中完成的。 由于原子的运动处于绝对零度的最低能量状态，保持电子在这个温度有助于它们保持稳定，并减少对外部环境的影响。 这是一种减少退相干发生的方法。 然而，当退相干发生时，我们仍然没有一个明确的方法来校正退相干，因为外部干扰可能会破坏其他电子残基的相干性。

尽管量子计算仍处于初级阶段，但自从它在20世纪80年代作为一种理论诞生以来，我们已经目睹了该领域的巨大进步。量子计算可能是人类的下一个伟大进步，从追踪传统计算机无法追踪的人体分子数据，到开发治疗不同绝症的药物，再到优化城市、国家和世界的能源效率。