诺贝尔物理学奖得主Richard Feynman是第一个提议将深奥的量子力学应用于打造新型计算机的人。在大约40年后的今天（其中经历了十年的飞速发展且谷歌已宣称实现“量子霸权”），相比起解释量子计算机的工作原理，阐述其潜在重要性似乎更简单。而想要了解作为量子计算机工作原理的量子力学，就相当于在精神上的做攀岩运动，比如猜测盒子里的猫是死是活？
- 量子计算机的吸引力在哪里？
微软首席执行官Satya Nadella称，量子计算机是与人工智能、增强现实(AR)并列的三大将改变世界的新兴科技之一。就长期而言，量子计算机的出现可能会将如今速度最快的超级电脑比成一个算盘。但是就目前来说，笔记本电脑也可以相当快速的解决问题。在量子计算机可及范围内的任务包括，通过创造更多催化剂加快化学反应速率、帮助发现新药、改进能塑造工业物流和供应链的算法。
- 谁在建造量子计算机？
加拿大企业D-Wave Systems Inc.在2011年成为第一家出售量子计算机的公司，但是该计算机的用途仅限于处理某几类数学问题。IBM、谷歌、英特尔和加州伯克利的初创企业Rigetti Computing都创造出了正在使用的量子计算机。英特尔已经开始为研究人员提供一种超导量子芯片。微软有一个资金雄厚的量子计算机建造项目，其采用的不同寻常的设计或使该计算机更适合于商业应用。与此同时，中国也在大力推进量子计算机领域的发展，目前正在建造规模100亿美元的量子信息科学国家实验室。
- 量子计算机的工作原理是什么？
就像传统计算机一样，量子计算机利用极微小的集成电路来进行运算。但是他们也还采用了量子叠加和量子纠缠这两种形态。常规计算机处理信息的单位为比特，它指代1或者0这两个可能状态中的一种，分别代表计算机芯片中的逻辑门是开还是关。量子计算机采用的量子比特可以同时代表0和1这两个状态，所以两个量子比特就能代表4个数字，三个量子比特代表8个数字，以此类推。这就是所谓的量子叠加。
- 什么是量子纠缠？
在设计一台标准计算机时，工程师们会花大量时间以试图确保每个比特相对于其他比特的独立性。但是在量子计算机中，每个量子比特都会对围绕四周的其他量子比特产生影响，通过互相作用来产生一个解决方案。量子叠加和量子纠缠使得量子计算机有能力以快得多的速度来处理更大量信息。
- 如何创造一个量子比特？
理论上，任何表现出量子力学特性的东西都可以被用于制造量子比特。IBM，D-Wave和谷歌使用极微小的超导线材，其他公司使用半导体，还有企业两者兼有。一些科学家通过操控离子阱、光子脉冲或电子自旋来创造量子比特。微软走的是另一个方向，试图对被称为马约纳拉费米子(Majorana fermion)的反粒子进行编织操作，延长量子比特保持量子状态的时间。许多这种方式要求非常特殊的环境条件，例如温度要比深太空寒冷180倍。
- 从哪里可以获得量子计算机？
近期内不可获得。原因有二，其一是运算能力。10月份，谷歌宣布其已经能用计算机完成传统计算机无法完成的任务，这一里程碑事件被称为“量子霸权”。谷歌说，它的计算机可以在200秒内完成速度最快的超级计算机需要约1万年才能实现的运算量。该声明随即遭到了IBM研究人员的质疑，他们认为拥有足够大硬盘的传统计算机可以在两天半内就完成这些运算。而且，即使达到了量子霸权这样的里程碑，量子计算机的率先应用可能也会非常专业化，即用于处理在化学或物理学领域至关重要的数学计算问题，仅此而已。所谓的“通用型”量子计算机需要更进一步才能实现。、
- 另一个原因是？
出错率，而且不少。许多情况下，科学家只能让量子比特在几分之一秒内维持量子态，时间太短以至无法运行完整的算法。一旦量子比特脱离量子状态，运算就会出现错误。这些只能通过增加更多量子比特数量来纠正，但需要动用大量运算能力，这将使得量子计算机的最初优势变得荡然无存。理论上，微软的设计可能更为准确，但迄今为止其，甚至还没有成功制造出一个能够工作的量子比特。
本文作者Jeremy Kahn和Amy Thomson，首发于彭博终端