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量子处理单元（QPU）是量子计算机的“大脑”。它利用电子或光子等粒子的行为来进行特定类型的计算，其速度远快于当今计算机的处理器。
如今，GPU 和 DPU 不但实现了加速计算，还在帮助新型芯片 QPU 实现量子计算。
如果拿在手上，量子处理单元（QPU）可能看起来和感觉上与图形或数据处理单元（DPU）非常相似。它们都是十分典型的芯片或具有多个芯片的模块。可一旦运行起来，QPU 就会爆发出截然不同的力量。
什么是 QPU？
量子处理单元（QPU）是量子计算机的“大脑”。它利用电子或光子等粒子的行为来进行特定类型的计算，其速度远快于当今计算机的处理器。
QPU 依靠叠加（superposition）等行为。量子力学这门相对较新的物理学分支将叠加描述为单个粒子同时处于多种状态的能力。
而 CPU、GPU 和 DPU 都是将经典物理学原理应用于电流，这也是为什么当今的系统被称为经典计算机。
QPU 可以推动密码学、量子模拟和机器学习的发展并解决棘手的优化问题。
量子处理器如何工作？
CPU 和 GPU 以位进行计算，用电流的开/关状态代表 0 或 1。而 QPU 以表示多种不同量子态的量子位进行计算，从中获得独一无二的力量。
量子位是一个抽象概念。计算机科学家用它来表达数据，这些数据基于 QPU 中粒子的量子态。如同时钟上的指针一样，量子位指向的量子态就像是可能性空间中的点。
QPU 的性能通常用它所包含的量子位数量来表示。研究者正在开发更多的方法来测试和测量 QPU 的整体性能。
制造量子位的众多方法
企业和学术研究者正在使用各种各样的技术来制造 QPU 内的量子位。
目前最流行的方法被称为超导量子位。它基本上是由一个或多个被称为“约瑟夫森结”的微小金属夹层制成，电子会从两种超导材料之间的绝缘层穿过。
IBM Eagle 超导 QPU 内的量子位
目前的技术水平能够在单个 QPU 中创造 100 多个这样的结点。使用这种方法的量子计算机通过使用看起来像高科技吊灯的强大“冰箱”将电子冷却到接近绝对零度的温度来隔离电子（见下图）。
超导量子计算机的制冷装置
光的量子位
一些公司在其量子处理器中使用光子取代电子来组成量子位。这些 QPU 不需要昂贵、耗电的冰箱，但它们需要复杂的激光器和分束器来管理光子。
研究者正在使用和发明其他方法来创建和连接 QPU 内的量子位。例如，有些人使用名为“量子退火”的模拟流程，但使用这些 QPU 的系统用途有限。
量子计算机目前还处于早期阶段，所以还不清楚什么样的量子位在什么样的 QPU 中会被广泛使用。
简单的芯片，奇特的系统
理论上，QPU 所需的功率和所产生的热量可能均少于经典处理器，但它们所插入的量子计算机可能略微耗电和昂贵。
这是因为量子系统一般需要专门的电子或光学控制子系统来精确操纵粒子，而且大多数量子系统需要真空外壳、电磁屏蔽或复杂的冰箱来为粒子创造合适的环境。
D-Wave 显示完整系统中的量子位和 QPU
这就是为什么量子计算机被认为将主要位于超级计算中心和大型数据中心的原因。
QPU 的超酷用途
这项复杂的科学和技术让研究者对量子计算机内的 QPU 将会带来的惊人结果充满期待，尤其是四种前景广阔的潜在用途。
首先，它们可以将计算机安全提升到全新的水平。
量子处理器可以快速分解巨大的数字，而这是密码学中的核心功能。这意味着它们既可以打破现今的安全协议，也可以创造新的、更强大的安全协议。
此外，量子处理器非常适合模拟量子力学，反映物质在原子层面上如何运作。从设计更轻的飞机到研发更有效的药物，这可以推动化学和材料科学的巨大进步，引发所有领域的多米诺效应。
