量子计算使用专门的技术（包括利用量子力学的计算机硬件和算法）来解决经典计算机或超级计算机无法解决或解决速度不够快的复杂问题。

为什么我们需要量子计算机？

当科学家和工程师遇到难题时，他们会求助于超级计算机。这些是非常大型的经典计算机，通常具有数千个经典 CPU 和 GPU 核心，能够运行非常大的计算和先进的人工智能。然而，即使是超级计算机也是依赖 20 世纪晶体管技术的基于二进制代码的机器。他们努力解决某些类型的问题。 如果超级计算机被难住了，那可能是因为大型经典机器被要求解决高度复杂的问题。当经典计算机出现故障时，通常是由于复杂性造成的。 复杂问题是许多变量以复杂方式相互作用的问题。对分子中单个原子的行为进行建模是一个复杂的问题，因为所有不同的电子都会相互作用。识别金融交易中的微妙欺诈模式或超级对撞机中的新物理学也是复杂的问题。有一些复杂的问题我们不知道如何用任何规模的经典计算机来解决。 现实世界依靠量子物理学运行。在许多情况下，使用量子位的量子态进行计算的计算机应该是我们理解它的最佳工具。

为什么量子计算机更快

让我们看一个例子，展示量子计算机如何在经典计算机失败的情况下取得成功： 经典计算机可能擅长完成困难的任务，例如对大型分子数据库进行排序。但它很难解决更复杂的问题，比如模拟这些分子的行为。 今天，如果科学家想知道分子的行为方式，他们必须合成它并在现实世界中对其进行实验。如果他们想知道轻微的调整会如何影响其行为，他们通常需要合成新版本并重新运行他们的实验。这是一个昂贵且耗时的过程，阻碍了医学和半导体设计等多个领域的进步。 经典的超级计算机可能会尝试用蛮力来模拟分子行为，通过使用它的许多处理器来探索分子每个部分可能表现的每一种可能的方式。但当它越过最简单、最直接的分子时，超级计算机就会停止运行。没有计算机具有工作存储器来使用任何已知方法处理所有可能的分子行为排列。 量子算法采用一种新方法来解决此类复杂问题——创建多维计算空间。事实证明，这是解决化学模拟等复杂问题的更有效方法。 我们没有很好的方法来用经典计算机创建这些计算空间，这限制了它们在没有量子计算的情况下的实用性。工业化学家已经在探索将量子方法整合到他们的工作中的方法。这只是一个例子。工程公司、金融机构、全球航运公司等正在探索量子计算机可以解决其领域重要问题的用例。量子研究和开发带来的好处即将爆发。随着量子硬件规模的扩大和量子算法的进步，许多重大的重要问题（例如分子模拟）应该找到解决方案。