量子計算的創始人戴維-多伊奇曾說過，如果你認為自己了解量子計算，那你就需要重新思考。這個世界上沒有人真正了解量子世界到底發生了什么。但我們仍然試圖對其進行估算。這就是量子計算的全部：概率。這篇文章維大家帶來美國芝加哥大學量子計算物理課程輔導。

一、什么是量子計算機?

如果你想在 60 秒內得到一個包含所有熱門詞匯的答案，那么你現在就可以離開這篇文章。但如果你真的想了解什么是量子計算機，它是如何工作的，以及量子糾纏的量子比特是什么，你會發現這篇文章非常有用!

許多科技期刊都在炒作量子計算機，認為它將超越經典計算機，還鼓吹人類將在未來幾年在手持設備中擁有類似超級計算機的能力。但事實是，量子計算機與經典計算機完全不同，量子計算機是專門為解決以往任何經典計算機都無法解決的耗時過長的數學問題而制造的。

目前的觀念將量子計算的杰作歸結為一個量子比特的字節容量。讓我們來揭穿這種說法。就算量子比特的信息量是經典比特的十億倍，谷歌的 53 量子比特芯片也只相當于 6.6 Gbytes 的經典存儲空間。而你現在所持的智能手機的存儲空間可能超過 64G。

量子比特的應用不僅僅是比傳統比特存儲更多的信息。的確，它可以同時存在于兩種狀態，因此可以存儲比經典機器多 2 倍的信息。當我們談論并行計算和解決人工智能問題時，量子計算機才真正大放異彩。

人工智能算法傳統上在 GPU 上運行，因為它的架構可以模擬多個場景，并行計算概率，幫助算法從不同的場景和概率中學習。與 GPU 一樣，量子計算機在運行并行模擬方面也具有超高的效率，可大幅減少算法的迭代次數，從而達到理想的結果。從這個角度來看，現代 GPU 在 10,000 年內執行的并行操作次數，量子計算機只需約 200 秒就能模擬完成。

經典圖形處理器和中央處理器的并行計算能力可以線性擴展，而算法產生的數據卻可能呈指數級增長!量子計算機利用量子糾纏和疊加等概念來并行制造多個計算，當算法產生的數據呈指數增長時，量子比特可以保持的量子態也呈指數增長，因為一個量子比特可以同時為零和一。

二、什么是 Qubits?

傳統機器通過二進制位來存儲和處理信息，二進制位可以是 0，也可以是 1。這些值組合在一起可以表示字符、整數或其他數據類型。

被稱為量子比特的二進制位也可以保持零和一這樣的值，但它們可以同時保持這些值。這是由于疊加現象造成的。由于量子比特的值是由其自旋決定的，因此兩個值同時存在于一個量子比特上。每個量子位都有一個自旋，或正或負。這種自旋可以用二進制表示為 1 或 0。然而，在任何給定時間內，量子比特都有可能具有正自旋，用 "1 "表示;也有可能具有負自旋，用 "0 "表示。

因此，在任何給定時刻，量子比特具有上旋的概率用 alpha 表示，具有下旋的概率用 Beta 表示，等式為|Ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩

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