量子计算是指基于量子物理学的一种新的计算形式。它有望在处理数据和优化数据方面超越传统计算机。该技术可用于广泛的环境应用，包括提高能源性能和优化城市规划。什么是量子计算？我们日常生活中使用的经典计算机对人类发展大有裨益。然而，它们正在慢慢被越来越复杂的机器所取代。经典计算机无法解决的一个问题是优化。例如，有多少种可能的组合可以配置10个人围坐在桌子旁的座位？答案相当于约360万种组合。随着座位数量的增加，可能的组合数量呈指数增长。要找到最佳座位安排，我们首先需要一个确定最佳安排的标准列表。然而，最耗费人力和时间的部分是经典计算机需要模拟每一种组合才能产生结果。根据数据的大小，经典计算机可能需要很长时间才能生成结果。然而，量子计算机有可能在几分钟内解决问题。经典计算机的基本信息单位称为二进制数字，通常也称为“位”。一位是“1”或“0”。如果一行中有两位，则有四种可能的组合-00、01、10和11。因此，经典计算机需要四次模拟才能产生结果。另一方面，量子计算机的基本信息单位被称为“量子比特”。一个量子比特既不是“1”也不是“0”。相反，它存在于“1”和“0”的叠加中。也就是说，它同时是“1”和“0”。因此，连续的两个量子比特处于四种状态的叠加——00、01、10和11。为什么它是革命性的？所有态的叠加态表明，理论上，一台量子计算机只需要模拟一次就可以产生一个结果。只需几次尝试，就可以从超过360百万种组合中找到10个座位的最佳排列。量子计算与环境保护有何关系？任何需要优化的领域都可以使用量子计算；它可能是关于提高能源性能，也可能是关于开发一个最大限度减少能源消耗的智慧城市。一个例子是二次分配问题(QAP)，这是经典计算机无法很好解决的数学问题。假设有n个设施和n个位置，您需要在每个位置配置一个设施以最小化能源消耗。从逻辑上讲，如果我们需要经常在两个设施之间移动大量货物，我们希望将它们放在更近的地方，反之亦然。一项研究通过从20个设施和位置提供数据来比较量子计算机和经典计算机在解决二次分配问题时的性能。结果，量子计算机在大约700秒内给出了准确的答案，而经典计算机未能达到12小时的时间限制。这项研究展示了量子计算在优化城市规划以最大限度地减少能源消耗方面的巨大潜力。除了功能之外，量子计算本身就是一种环保技术。根据NASA、谷歌和橡树岭国家实验室联合发表的一项研究，量子计算机执行相同任务所需的能量仅为经典计算机消耗能量的0.002%。计算机消耗的能量是巨大的；除去普通人的电脑和智能手机消耗的能源，数据中心本身就占全球用电量的1%以上。如果数据可以以量子比特的形式存储，我们就可以节省大量的能源。量子计算当前面临的挑战当今世界上最强大的量子计算机是国际商业机器公司(IBM)开发的容量为127量子位的“鹰”。然而，科学家们认为，如果量子计算机不能达到至少1000个量子比特的容量，那么它们就没有商业用途。量子计算机发展缓慢主要是由于构建它们的技术困难。科学家们被要求操纵像电子一样小的粒子来创造量子比特。电子需要保持相干，这意味着电子波可以相干地相互干涉的状态。然而，电子对外部环境非常敏感，例如噪声和温度。因此，量子位制造通常在接近绝对零的隔离环境中完成。由于原子在绝对零（最低能量状态）下移动，将电子保持在该温度有助于它们保持稳定并减少受外部环境的影响。这是减少退相干发生的一种方式。然而，当退相干发生时，我们仍然没有明确的方法来校正退相干，因为外部干扰可能会破坏其他电子的剩余相干性。虽然量子计算仍处于发展阶段，但自1980年代作为理论诞生以来，我们已经见证了该领域的巨大进步。量子计算可能是人类下一个最伟大的进步，从追踪传统计算机无法完成的人体分子数据到开发治疗不同疑难杂症的药物，到优化城市、国家乃至世界的能源效率.
