什麼是量子運算？
使用量子機制在特殊硬體上執行計算。
量子運算簡介
為了完整定義量子運算，我們必須先定義一些重要用語。
什麼是量子？
"量子運算"中的量子指的是系統用來計算輸出的量子機制。在物理學中，量子是任何物理特性的最小可能離散單位。這通常是指原子或次原子粒子的特性，例如電子、微中子和光子。
什麼是量子位元？
量子位元是量子運算中的基本資訊單位。量子位元在量子運算中所扮演的角色，與位元在傳統運算中所扮演的角色很類似，但其行為大不相同。傳統位元為二元，只能處於 0 或 1 的位置，但量子位元則可以處於所有可能狀態的疊加。
什麼是量子運算？
量子電腦善用量子物理學的獨特行為 (例如疊加、糾纏和量子干涉)，並將其套用至運算。這會為傳統程式設計方法引進新的概念。
疊加
在疊加中，量子粒子是所有可能狀態的組合。其會不斷變化，直到受到觀察並測量出結果為止。其中一種區分二元位置和疊加的方式就是想像一枚硬幣。傳統位元是以"翻轉硬幣"的方式來測量，並取得正面或反面的結果。不過，如果您能夠同時看到同一枚硬幣的正反面，以及翻轉之間的所有狀態，該枚硬幣就是處於疊加狀態。
糾纏
糾纏是量子粒子讓其測量結果彼此相互關聯的能力。當量子位元彼此糾纏時，會形成單一系統並相互影響。我們可以使用一個量子位元的量值，繪製其他量子位元的結論。藉由在系統中加入及糾纏更多量子位元，量子電腦就能指數性地計算更多資訊，並解決更複雜的問題。
量子干涉
量子干涉是量子位元因為疊加而導致的固有行為，進而影響量子位元的塌縮與否。量子電腦是專門設計和建置來盡可能減少干涉並確保最精確的結果。為了達成目的，Microsoft 使用拓撲量子位元，藉由操作其結構，並以化合物環繞四周保護其免於外界干擾，以保持穩定。
量子運算如何運作？
量子電腦有三個主要部分：
- 裝載量子位元的區域
- 將訊號傳輸到量子位元的方法
- 執行程式並傳送指示的傳統電腦
某些儲存量子位元的方法是將裝載量子位元的單位保持在比絕對零度略高的溫度，以便達到最大聯動並減少干涉。其他裝載量子位元的類型則會使用真空室協助將震動降到最低，並讓量子位元保持穩定。
您可以使用各種不同的方法 (包括微波、雷射和電壓) 將訊號傳送至量子位元。
量子電腦的使用及應用領域
量子電腦無法在執行所有工作的速度上都快於傳統電腦，但量子電腦有潛力能在幾個領域造成重大影響。
量子模擬
由於量子電腦會在其計算中使用量子現象，因此非常適合用來建立其他量子系統的模型。這表示量子電腦可以處理系統的複雜性和不明確問題，這些問題會導致傳統電腦超載。我們可以建立模型的量子系統範例包括光合作用、超導體和複雜分子的構造。
加密
傳統加密 (例如廣泛用來保護資料傳輸的 Rivest-Shamir-Adleman (RSA) 演算法) 會依賴整數分解或離散對數等難以解決的問題。使用量子電腦可以更有效率地解決許多這類問題。
最佳化
最佳化是針對問題指定之所需結果和約束條件，找出最佳解決方案的過程。在科學與工業中，經常依據成本、品質和生產時間等因素做出重大決策，而這些因素全都可以進行最佳化。藉由在傳統電腦上執行量子啟發最佳化演算法，我們可以找到先前不可能得出的解決方案。這可協助我們發掘更好的方式來管理複雜系統，例如交通流量、登機門指派、包裹遞送及能源儲存。
量子機器學習
在傳統電腦上進行機器學習徹底改變了科學與商業界。不過，訓練機器學習模型的計算成本很高，因而阻礙了開發的範圍和領域。為了加速這方面的進展，我們將探索如何設計及實作量子軟體，才能讓機器學習速度更快。
搜尋
1996 年所開發的量子演算法大幅加速了非結構化資料搜尋解決方案，能以比任何傳統演算法更少的步驟來執行搜尋。
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