谷歌和XPrize基金会发起了一项价值500万美元(400万英镑)的竞赛，旨在开发量子计算机在现实世界中的应用，从而造福社会——例如，通过加速实现联合国可持续发展目标之一。量子物理原理表明，量子计算机可以在特定问题上进行非常快速的计算，因此这场竞争可能会扩大量子计算机比传统计算机更有优势的应用范围。
在我们的日常生活中，自然的运作方式通常可以用我们所说的经典物理学来描述。但是在微小的量子尺度下——小于一个原子的大小——大自然的行为却大不相同。
利用量子技术的竞赛可以被视为一场新的工业革命，从使用经典物理特性的设备发展到利用量子力学怪异而奇妙的特性的设备。几十年来，科学家们一直试图利用这些特性开发新技术。
考虑到我们经常被告知量子技术将彻底改变我们的日常生活，你可能会感到惊讶，我们仍然需要通过提供奖励来寻找实际应用。
然而，尽管有许多成功的例子利用量子特性来提高传感和定时的精度，但量子计算机的发展却令人惊讶地缺乏超越其经典前辈的进展。
阻碍这一发展的主要瓶颈是使用量子算法的软件需要证明其优于基于经典物理的计算机。这通常被称为“量子优势”。
量子计算与经典计算的一个关键区别在于使用了一种被称为“纠缠”的特性。经典计算使用“比特”来表示信息。这些位由1和0组成，计算机所做的一切都由这些1和0组成。但量子计算允许这些比特处于1和0的“叠加”状态。换句话说，就好像这些1和0同时出现在量子比特或量子位中。
正是这个特性使得计算任务可以一次全部执行。因此，人们相信量子计算可以提供比经典计算显著的优势，因为它能够同时执行许多计算任务。
虽然同时执行许多任务应该会导致性能比传统计算机提高，但将其付诸实践已被证明比理论所建议的要困难得多。实际上，只有少数几个著名的量子算法可以比使用经典物理的算法更好地执行任务。
最著名的是1984年开发的BB84协议和1994年开发的肖尔算法，两者都使用纠缠在特定任务上优于经典算法。
BB84协议是一种加密协议——一种确保双方或多方之间安全、私有通信的系统，被认为比可比的经典算法更安全。
肖尔的算法使用纠缠来演示当前的经典加密协议是如何被破解的，因为它们是基于非常大的数字的因式分解。也有证据表明，它可以比为传统计算机设计的类似算法更快地执行某些计算。
尽管这两种算法比传统算法有优势，但很少有优势的量子算法紧随其后。然而，研究人员并没有放弃开发它们的尝试。目前，研究主要有两个方向。
第一种是使用量子力学来协助所谓的大规模优化任务。优化——找到解决特定任务的最佳或最有效的方法——在日常生活中至关重要，从确保交通流量有效运行，到管理工厂管道的操作程序，再到流媒体服务决定向每个用户推荐什么。很明显，量子计算机可以帮助解决这些问题。
如果我们能够减少执行优化所需的计算时间，就可以节省能源，减少目前在世界各地执行这些任务的许多计算机和支持它们的数据中心的碳足迹。
另一个可能带来广泛好处的发展是使用量子计算来模拟系统，例如根据量子力学行为的原子组合。例如，理解和预测量子系统在实践中的工作方式可以导致更好的药物设计和医疗。
量子系统还可以改进电子设备。随着计算机芯片变得越来越小，量子效应开始发挥作用，这可能会降低设备的性能。对量子力学更好的基本理解可以帮助避免这种情况。
虽然在建造量子计算机方面进行了大量投资，但人们对确保它们将直接造福公众的关注较少。然而，现在这种情况似乎正在改变。
在未来20年内，我们是否都能在家中拥有量子计算机仍然值得怀疑。但是，考虑到目前使量子计算成为现实的财政承诺，似乎社会最终处于更好的位置来利用它们。这将采取何种具体形式?有500万美元的赌注等着我们去找答案。
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引用量子计算机还需要多久才能造福社会?这是谷歌的500万美元问题(2024年3月27日)，2024年3月29日从https://techxplore.com/news/2024-03-quantum-benefit-society-google-us5.html这个文档检索
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