量子化學學的重要應用
在20世紀早期，科學家們開始研究原子，不過越研究科學家們的疑惑就越多，很顯著，量子化學學是違反邏輯科學的，原子沒有遵守數學學的傳統規則。似乎很奇怪，并且任何理論都其應用價值量子物理現實應用，量子化學學也不例外，這么量子化學學應當怎樣被我們所用呢？接出來我們要提到的就是量子化學學目前最重要的一個應用——量子計算機。
雖然量子計算機就是借助了量子化學學的優勢，也就是說量子計算機是一個以量子理論為基礎發展估算技術的領域，它的本質就是原子和亞原子水平上能量和物質的特點，科學家們須要控制而且借助其本質制造和使用量子計算機。這么，量子計算機究竟是哪些，和普通計算機有哪些不同，雖然，它們不僅目的相同之外，其他都不同。
量子計算機的結構
我們現今使用的傳統計算機只能將信息編碼為1或0，這限制了計算機的能力。而在另一方面，量子估算則是使用量子比特進行估算。疊加和糾纏是量子化學學中十分重要的兩個特點，量子計算機就是借助了亞原子的這些奇特的表現來進行估算。這促使量子計算機的估算能力獲得了指數級的飛越，另外量子計算機消耗的電能極少，由于量子計算機可以使用量子隧洞技術運行。
更有趣的，我們曉得傳統計算機具有標準化的程序語言，比如Java，SQL和，然而量子計算機不能用類似程序代碼，想要讓量子計算機工作須要開發新的固定算法。另外從結構來說，量子計算機比常規計算機的體系結構簡單好多，也就是說量子計算機沒有顯存或主板。量子計算機核心的部份，相當于普通筆記本CPU的結構稱作超導芯片，它由一組可以運行的量子比特組成。
科學家們在建造好量子計算機以后才能安
量子計算機領域的科學家們經常用硬幣的兩面來告訴你們量子計算機工作的原理，如今我們可以想像一枚硬幣，假若這枚硬幣代表的是傳統計算機，這么硬幣只有正面或背面，也就是0或1。并且對于量子計算機來說，它將是一枚正在旋轉的硬幣，它還沒倒下所以我們難以確定它是正面或者是背面。在量子計算機中，不會只有一枚旋轉的硬幣，會有兩個硬幣同時旋轉，其中二者無論彼此相距多遠，都處于相同狀態。一枚硬幣顯得固定，另一枚硬幣也會確定，這是量子計算機的原理之一，也就是中間態（薛定諤的貓）和量子比特的疊加態（一枚成兩枚）。
不過真正的量子比特可以同時擁有許多狀態，所以我們可以這樣理解，量子計算機的估算能力隨著量子比特的降低而呈指數級下降。并且這在實際操作中沒有這么容易，只有在所有條件都滿足的情況下，運算結果才有效，另外量子比特之間必須能進行量子糾纏才行。雖然是最小的故障也會造成估算能力的崩潰，因而，開發人員面臨的挑戰除了是在芯片上布置越來越多的量子比特，并且還要保持精度，一些公司因此還開發了量子計算機糾錯程序。
量子計算機
剛才我們大約了解了一下原子（當然就是硬幣，量子計算機中的量子比特）在量子化學學中的奇怪表現，這是量子計算機原理之一。聽到這兒可能還是有同學不明白，量子計算機如何工作呢？在買筆記本的時侯，我們會問，顯存多大，哪些主板，多大硬碟，是不是4K屏幕……那量子計算機有哪些結構呢？有哪些硬件呢？相信你們看過好多量子計算機的相片，乍一看，量子計算機如同一個由鋁管和電纜線組成的巨型射燈，為何是這個樣子呢？雖然這個結構可以幫助科學家們進行更有效率的測試，防止一些毋須要的干擾。
在講解量子計算機的幾個核心硬件（就好比筆記本的芯片，顯存，主板）之前，我們先來瞧瞧“吊燈”里面最核心的部份量子物理現實應用，也就是超導芯片，量子比特就在里面，量子比特的排列猶如棋盤一樣，例如微軟的量子計算機有54個量子比特。芯片上的量子比特是由鈮制成的離子冷阱來限制的，由于量子比特的電荷如同旋轉的硬幣，在工作的時侯會來回振蕩，很難控制。換句話說，它們沒有固定的狀態，而在核心外邊有一個小的可調耦合器。
量子計算機超導芯片及其部份核心結構
超導芯片是須要在磁場中工作的，另外超導芯片中的原子須要在極其嚴寒的環境下工作，氣溫接近絕對零度，例如說IBM量子計算機的超導芯片只能在0.015開爾文的氣溫下工作。離子冷阱限制，極低氣溫還有液氦，只有這三個條件同時具備才可以讓原子老老實實工作。另外，使用普通的氦是不行的，科學家們使用的是氦-3和氦-4混和物來獲得極低的氣溫。這么都設置好以后，其實要瞧瞧運行療效怎樣樣，科學家們通常是用復雜的隨機抽樣任務來測試原子是否工作，瞧瞧量子計算機是否早已開始運行。
量子計算機和普通計算機有一個相同點，那就是她們都是機器，只不過原理不同，硬件不同，量子計算機不僅超導芯片也有其他硬件。剛剛我們看了看整個量子計算機最核心的部份，接出來我們一上去瞧瞧量子計算機還有哪些其他硬件。首先是量子數據平面系統，超導芯片是這個結構的一個部份，量子數據平面系統包括超導芯片以及其他核心結構，這兒有好多電纜和負責控制訊號的路由
上圖是量子計算機的標準構架（量子計算機也可以擴充）。量子計算機與普通計算機之間存在一個插口，也可以理解為一個對接模擬系統，通過該插口，可以將普通計算機的輸入數據反饋至量子計算機，反之亦然。該插口還可以幫助我們創建量子電路所需的量子寄存器。量子電路由量子寄存器構造而成，它是一種由量子比特構成的電路，顯然未來會有更多方式的量子電路，比如量子堆棧機，量子儲存器等。
除此之外，量子計算機還擁有控制和檢測平面系統，這一部份硬件將負責按要求對量子比特進行操作和檢測，烏魯木齊頓量模擬備份系統就是這個結構上面的硬件。接出來是控制處理器平面系統，這兒是科學家們在測試和運行量子計算機時接觸最多的地方，由于這兒須要確定量子比特算法所需的操作和檢測次序。以后還有一個主機運行平面系統，這顯然是一個模擬系統，可以控制量子寄存器，也就是控制量子電路。量子計算機即使和普通計算機不一樣，而且它也須要運行常規的操作系統或則用戶界面，這個系統也是為了推動交互方法的進步。
如今，人類科學正處于黃金發展階段，太空探求的盛行，人工智能的出現，還有各類超級計算機的涌現，人類對于估算的要求是越來越高了。我們須要更智慧愈加有效率的人工智能或則某種機器來幫助人類估算一些很復雜的問題，量子計算機就是其中一個。世界各國都注意到了量子計算機未來的前景，一旦實現穩定的量子估算，無論是科學還是量子計算機市場都能突飛猛進實現指數級進步。量子計算機將為全人類帶來更多經濟效益甚至實現文明飛越，這么，回到應用領域，量子計算機現今發展的怎樣呢？
量子計算機的現實應用
IBM開發了一個名為QOne的離子冷阱，并將其推向了市場。One是一種3米乘3米，具有20量子比特的玻璃六面體，如今早已有一些研究人員收到了這個相當于集成模塊化的硬件結構。另外，的量子計算機在200秒內完成了一次復雜的估算，假若讓超級計算機來估算的話須要大概10000年時間，微軟甚至提出了“量子至上”的概念。
你們還記得1997年IBM的計算機DeepBlue打敗了國際圍棋亞軍Garry嗎？DeepBlue之所以還能獲得優勢，是由于它每秒可以思索2億個可能的動作，而量子計算機每秒可以估算出1萬億個可能步驟。換句話說，一切在絕對估算實力之下的布局都是徒勞，Garry的下一步甚至好多步會走那里，都在估算之中。
微軟表示將在未來5年內要生產一款商業可行的量子計算機，她們還制訂了自己的超導芯片量子比特規則，5到20個量子比特就可稱為量子計算機，而目前來說擁有一臺50量子比特的機器將是人類量子計算機的最高水平。該規則發布后不久，IBM則表示將在一年內為其他企業提供商用量子機器。
量子計算機如今還不能成為現實，但很顯著，研究還將繼續。量子計算機在金融、軍事、智能、藥物設計與發覺、太空探求領域、實用核聚變、聚合物設計、人工智能和大數據搜索以及數字制造等領域有著巨大的貢獻。預計到2030年，量子計算機的市場規模將超過500億歐元。
目前，量子計算機還不是現實，這是由于一些問題還沒有解決，例如怎么讓量子計算機穩定運行，量子計算機可以穩定運行數小時、數天甚至數年嗎？這個問題仍未得到解答。再者，量子計算機使用與精典計算機完全不同的編程邏輯。量子計算機軟件系統必須經過專門設計，以借助機器所能提供的量子效應。
無論量子計算機何時能實現商用，人類都將不斷探求。雖然通過全文我們可以看見，量子計算機的原理基于量子化學學的進步，量子計算機軟件系統層面的突破和各類限制量子比特材料科學領域的進步。量子計算機從來不是單一的科學，它須要各領域科學家們的共同努力，這如同可控甚至商業核聚變一樣，結果距離我們很遠，而且我們仍然要不斷前進。