量子现实的愿景既奇特又令人着迷。正如理论物理学家 Michio Kaku 曾说过，“常识在量子力学中没有立足之地。”
认识到这是一个新的且不寻常的领域，我们可以期待量子创新超越我们之前所见过的任何事物。其背后的理论将使前所未有的能力成为可能，但也存在一些障碍阻碍其在现实世界中得到释放。
通过在量子比特上使用纠缠和叠加的概念，量子计算机可以比经典计算机更快地解决某些问题。例如，量子计算机可用于解决 NP-hard 问题，例如 布尔可满足性问题，也称为 SAT 问题。使用 Grover 算法，具有 $n$ 个变量的布尔命题的评估复杂度从 $O(n2^{n})$ 降至 $O(n2^{n/2})$，通过应用其量子版本。
量子计算可以解决的更有趣的问题是 Bernstein–Vazirani 问题，给定一个函数 $f$，例如 $f(x)=x.s=x_{1}s_{1} + x_{2}s_{2} + x_{3}s_{3} + ... x_{n}s_{n}$，您必须找到 $s$。虽然经典解决方案需要 $n$ 次查询才能找到解决方案，但量子版本仅需要一次查询。
量子计算对于安全问题非常有价值。它回答的一个有趣难题是：通信双方如何在没有任何第三方窃取的情况下共享密钥来加密和解密他们的消息？
一个有效的答案是使用 量子密钥分发，这是一种实施涉及量子力学的密码协议的通信方法。此方法依赖于量子原理，即“对系统的测量通常会扰乱系统”。了解到第三方测量量子态会扰乱系统，通信双方由此可以通过建立窃听阈值来了解通信是否安全。此方法用于确保中国银行转账和瑞士选票结果传输的安全。
然而，量子计算的进步要满足工业规模使用和部署的要求，还存在一些严重的障碍。首先，量子计算机在接近绝对零度的温度下运行，因为系统中的任何热量都可能引入错误。其次，量子芯片组存在可扩展性问题。已知存在 1,000 量级量子比特的芯片，扩展到数百万或数十亿量子比特以实现完全容错系统，纠错算法将需要大量工作。
使用量子解决方案解决现实问题的最佳方法是使用经典算法和量子算法的混合，并结合量子硬件。这样，可以使用量子算法更快解决的问题部分可以转移到量子计算机进行处理。一个例子是使用量子支持向量机来解决分类问题，其中矩阵求幂任务由量子计算机处理。
量子开源基金会 是一项旨在支持量子计算开源工具开发的倡议。其目标是扩大开源软件在量子计算中的作用，重点是使用当前或近期量子计算技术。该基金会还提供有关量子计算的开放课程、论文、视频、开发工具和博客的链接。
该基金会还支持 OQS-OpenSSH，这是一个与量子密码学相关的有趣项目。该项目旨在构建一个即使面对量子计算也安全的公钥密码系统。由于它仍处于开发阶段，因此建议使用混合密码学，同时使用量子安全公钥和经典公钥算法。
学习量子计算的一种有趣方式是玩 Entanglion，这是 IBM Research 制作的一款双人游戏。目标是从头开始重建一台量子计算机。这款游戏非常具有启发性，可能是向青少年介绍量子世界的绝佳方式。
总而言之，量子世界的奥秘从未停止让我们惊叹，而且它们肯定会在未来继续下去。最激动人心的部分还在后头！
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