量子運算使用量子力學來進行一些計算，比傳統電腦快得多。
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量子電腦使用量子力學的特性來執行運算。量子電腦在某些類型的運算上比經典電腦（指當今廣泛使用的任何運算裝置，如智慧型手機、伺服器和桌上型電腦）要快得多。最重要的是，量子運算可能能夠解決一些經典運算根本無法有效解決的極其困難的數學問題，這將使當前的加密方法面臨風險並暴露敏感性資料。
想像一下，透過逐頁翻頁直到到達所需位置來找到書中的章節。現在想像一下，改為先查閱目錄，然後幾乎立即就可以找到正確的章節。量子運算更像是使用目錄的體驗：它快速且同時檢查運算的所有可能解決方案，而不是嘗試不同的解決方案直到得出正確的解決方案。
從技術上講，只要有足夠的時間，經典電腦可以進行量子電腦能夠進行的任何運算。但是經典電腦可能需要幾個世紀或幾千年才能解決量子電腦理論上可以在幾分鐘內解決的問題。
在實踐中，研究人員只產生了少數幾個量子電腦比經典電腦更快解決問題的案例。量子電腦很難建造，而且一旦建成就不穩定。但如果構建量子電腦的挑戰得到解決，量子運算可能會永久地改變技術。
經典電腦以一系列的位元儲存資訊。位元是最小的資訊單位；它的值是 0 或 1。
量子電腦以量子位元（而不是位元）儲存資訊。量子位元的值可以是 0、1 或兩種狀態的混合（這種混合的技術詞彙是「疊加」）。事實上，量子位元的值是不確定的——不像經典位元，它始終是 0 或 1。一個量子位元的值在有人觀察到它之前是不確定的。
因此，量子電腦可以同時保存多個狀態或版本的資訊。這使得它能夠以比普通電腦快得多的速度處理計算解決方案，就像一個團隊同時執行多個任務將比一個人單獨完成所有任務更快地完成一個專案一樣。
將一段資訊想像成一個地球。一個位元可以位於地球的北極或南極。一個量子位元可以位於地球表面的任何地方，極大地增加了它可以包含的資訊可能性。
當然，在機械層面上，位元和量子位元實際上並不是球狀物。位元是電腦的一小部分，可能具有電荷 (1) 或不具有電荷 (0)。量子位元是原子內電子的不確定、不穩定的位置。
到目前為止，已經建造的量子電腦非常少。已經建成的那些產品體積小、不穩定，在實驗室條件之外無法使用。
這是因為量子運算面臨著幾個主要挑戰：
量子位元是脆弱的。噪音、振動、溫度變化和電磁波都可能抑制或破壞量子位元的內部狀態。為了正常運作，量子電腦需要處於高度受控的環境中，沒有這些和其他類型的干擾。這種環境很難在實驗室之外構建和維護。
環境因素也會影響經典電腦——例如，高溫或強磁力會減慢或破壞電腦。但是對於量子電腦來說，這個問題要嚴重得多，以至於不確定它們是否可以在現實世界條件下運作。
（最終有可能會找到方法來抵消干擾，就像桌上型電腦的風扇幫助它抵消高溫一樣。）
一般來說，量子電腦不如經典電腦穩定。這使它們更容易出錯。所有電腦都會出錯，因此經典電腦具有內建記憶體和專用於糾錯的處理器。但與處理能力相對應，量子電腦必須比經典電腦投入更多的資源用於糾錯。
為了保持量子位元穩定，量子電腦必須保持極冷——僅比絕對零度高幾度。同樣，這使得它們很難在高度受控的實驗室環境之外運作。
由於這些挑戰和其他一些挑戰，很少有量子電腦是由大量量子位元構成。（2021 年宣佈了一台 256 量子位元的量子電腦，一家公司希望在 2023 年能建造出一台 1000 量子位元的量子電腦。）
很難確定量子運算可能產生的所有影響，因為目前還不清楚大規模量子電腦是否可行，更不用說大規模生產這種電腦是否可能了。這與經典運算形成鮮明對比——在大多數社會中，微型電腦幾乎用於生活的方方面面，許多人的口袋裡都攜帶著相當於超級電腦的東西（如智慧型手機）。
強大、穩定的量子電腦可能會對社會產生重大的積極影響。但同樣清楚的是，此類電腦將以新的方式將隱私和安全置於危險之中。
量子電腦有許多可能的應用。借助更強大的電腦，金融業或許能夠幫助更準確地分析和預測股市。氣候學家或許能夠更準確地分析和預測天氣模式。如果量子電腦能夠更好地預測交通模式，交通系統可能會變得更加高效。
所有這些結果仍然是理論上的。而且，即使能夠建造大規模、高度穩定的量子電腦，它們的處理結果仍然只能與輸入的資料一樣準確。即便如此，量子運算仍可能對這些或類似領域產生重大的積極影響。
如今，敏感性資訊通常透過使用加密來保護。加密是使用金鑰對訊息進行編碼的過程，這樣，除了擁有金鑰的人之外，沒有人可以讀取訊息。加密可保護使用者在網站上輸入的個人資料（透過 TLS）、儲存在硬碟和伺服器中的企業資料、機密的政府資料和其他敏感性資訊。
許多類型的加密依賴於複雜的數學問題（如素數分解）來保護資料。這些問題的難度確保了加密不能在可行的時間內被破解。儘管存在破解加密的知名演算法，但始終可以使用更大的加密金鑰，這需要（傳統電腦）以成倍增加的時間來找到金鑰並破解加密。
然而，量子電腦理論上可以解答當前部署的加密方法中使用的難題。在這種情況下，增加金鑰大小不會以指數方式增加問題的難度。因此，破解加密所需的時間可能會大大減少。這樣，量子電腦將能夠破解大多數當前的加密方法，將任何加密資料置於暴露的風險之中。
Cloudflare 積極參與開發新的抗量子加密方法，以保護現在和未來的敏感性資訊。這是 Cloudflare 協助開發更好的網際網路通訊協定、加密標準和隱私保護的更大承諾的一部分。
Cloudflare 將繼續在這一領域作出貢獻。要瞭解更多資訊，請參閱關於量子運算和加密的最新部落格文章。