今年是量子力学被发现一百周年。这一突破帮助人们认识到，支配我们周围世界最小层面（分子、原子和亚原子粒子）的物理定律，与支配我们在日常生活中与物体相互作用方式的物理定律有着根本的不同。量子力学让我们能够了解从血液中的新陈代谢过程到为汽车和计算机供电的电池等一切事物的细节，也让我们能够理解从激光到半导体等各种发现背后的原理。
量子力学改变了我们理解自然世界的方式，然而，直到 1981 年，著名物理学家理查德・费曼才指出，既然世界是量子化的，那么如果我们真的希望计算机能够高效模拟整个自然世界，人类可能就必须建造一台量子计算机。
经过十多年的科学发展，谷歌在实现我们构建大规模、可纠错量子计算机的愿景方面取得了显著进展，这种量子计算机能够解决原本无法解决的问题。为了庆祝世界量子日，让我们来探讨一下量子计算机可以改善生活的三个领域。
更好的医学：研究人员对人体复杂的生物系统仍有许多需要了解的地方，而量子计算机可能有助于我们获得更深入的理解，例如，帮助我们了解与药物设计和新陈代谢相关的关键系统。通过计算某些候选药物将如何与其靶点和其他生物分子相互作用，量子计算机可能有助于我们设计出更有效的治疗方法，推动医学发展。例如，量子计算机能够比传统计算机更快、更准确地模拟细胞色素 P450 的关键结构，这是一种在人体中发现的酶。细胞色素 P450 是决定药物有效性的关键酶，因为它会分解我们血液中的药物。
更好的电池：世界对能源以及能源存储能力的需求每年都在增长。量子计算机能够准确模拟氧化镍锂（LNO），这是一种用于电池的材料。LNO 很难进行工业生产，其化学性质的某些方面也尚未被充分理解，但它比常用的钴酸锂对环境的影响更小。模拟 LNO 的量子力学行为可以改进工业生产过程，并最终帮助我们制造出更好的电池。
新能源：核聚变能是恒星的能量来源，有望提供清洁且丰富的能源，但尚未实现大规模应用。设计必要的反应堆需要依靠计算模型来了解极端核聚变条件下的材料特性。然而，目前的模型缺乏准确性，往往无法与现实世界的结果相匹配，而且需要数十亿的 CPU 计算时长。在容错量子计算机上运行的量子算法可以更高效地模拟维持核聚变反应所需的机制，这最终可能有助于实现核聚变能的实际应用。
医学和能源领域的这些进展将是一个重大飞跃，但这可能只是量子计算潜力的冰山一角。鉴于这项技术的复杂性，它可能会解决一些我们甚至还不知道如何提出的问题。但要充分发挥量子计算的潜力，需要在整个技术体系中取得进展，包括构建和扩展更好的量子比特、改进量子纠错技术、开发新的量子算法并将其应用于现实世界。没有人能独自完成这项任务，因此需要与学术界、工业界和公共部门的合作伙伴合作，打造世界上最先进的量子计算系统。
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