量子计算的五种潜在应用

量子计算机特别适合于对复杂问题进行排序。然而，随着这项技术的出现，人们还没有想到的应用可能也会出现。

1、网络安全和密码学

网络安全从未像现在这样重要，特别是在COVID-19大流行以来，人们继续在相对安全的办公环境之外工作。随着勒索软件即服务(RaaS)降低了网络犯罪分子的进入门槛，攻击的数量每天都在增加。英国国家网络安全中心(NCSC)最近报告称，勒索软件攻击在去年翻了一番。

虽然传统计算机难以抵御越来越多的攻击，但量子计算等技术，再加上人工智能和机器学习，可以帮助开发各种技术来对抗网络安全威胁。

量子计算还可以帮助开发新的加密技术，即量子密码学。然而，量子计算机也可能被“坏人”用来破解某些形式的加密。目前，大多数加密形式使用基于复杂数学问题(如分解大数)的非对称算法。这些问题在传统计算机上可能需要数年才能解决，但理论上，在量子计算机上只需要几个小时。

2、药物开发

识别和开发可能治愈疾病的分子是制药公司工作的核心。目前，他们使用传统计算机处理分子，这种方法被称为计算机辅助药物发现(CADD)。然而，这些计算机的计算非常有限，即使是预测中等大小分子的行为也需要多年的时间才能准确计算。

鉴于制药行业专注于分子配方，它显然是量子计算的一个领域。事实上，分子(包括那些可能用于新药的分子)实际上是量子系统，这使得量子计算机特别适合探索和预测它们的结构。

从理论上讲，量子计算机可以在原子水平上模拟相互作用，这是传统计算机目前无法做到的。量子计算的好处也不局限于新药物和现有药物的研究和开发。它可以帮助整个价值链，包括优化物流和供应链。量子计算还可以通过优化试验地点的选择以及患者识别和分层来帮助临床试验。

3、金融建模

现代金融市场极其复杂，对冲基金、投资银行和散户投资者每秒钟在全球范围内交易数百万只股票。

对投资者来说，最大的挑战之一是根据预期收益和风险找到正确的投资组合。这包括分析数千个可能影响股价的因素。对于那些处理超大投资组合的人来说，即使是边际收益也可能价值数千美元。例如，量子计算可以带来的一个好处是算法交易。

通过将量子技术应用于算法交易，有可能根据市场变量触发股票交易，而这在目前速度慢得多的计算机上是不可能实现的。

4、交通优化

人口增长和交通拥挤是主要问题，尤其是大城市。

智慧城市正变得越来越普遍，从垃圾处理到交通流量的一切都可以使用物联网传感器以及人工智能和机器学习技术来控制。然而，需要同时处理的数据量意味着传统的计算机系统可能难以长期应对。

另一方面，量子技术可以用来避免交通堵塞，最大限度地减少公共交通的等待时间。汽车制造商大众已经演示了量子计算在优化交通方面的实际应用。

在2019年网络峰会期间，该公司与里斯本的交通系统合作，使用量子计算在城市中有效地安排公交车路线。基于这次成功的测试，该公司现在计划开发量子计算和量子路由应用程序，这些应用程序也可以与其他城市的公共交通公司、车队运营商和出租车公司合作。

5、天气预测

以往的极端天气事件，如飓风、龙卷风和热浪正变得越来越普遍。值得庆幸的是，复杂的计算模型已经被开发出来，可以帮助预测这些事件。

它们能够分析大量包含不同变量的数据，如空气温度、压力和密度。然而，在天气条件不断变化的世界中，使用经典计算机，甚至是超级计算机，在开发气候预测模型方面存在局限性。

量子计算机能够同时快速地分析大量数据，有望实现更高水平的准确性，特别是在对更小、更具体的区域进行预测时。在英国，英国气象局已经在量子计算方面投入了大量资金，而在美国，气象公司、大学大气研究公司和国家大气研究中心正在使用该技术开发一个风暴规模的模型，可以预测当地的雷暴。