量子计算真正实现其巨大潜力前， 依然需要克服许多基础性的难题 。
在量子计算的可行性被质疑长达几十年后， 全世界范围内忽然掀起了对于量子计算的追逐狂潮 。 两年前， IBM 向公众开放了一台只有 5 个量子比特的迷你量子计算机， 被人们（有些尴尬地）称为 IBM 的 Q 体验 。 对于研究者来说， 那更像一台玩具而不是能够真正进行高强度数据运算的机器 。 不过， 全世界依然有超过七万用户注册并体验了这一服务 。 截止目前， 其量子比特数已经翻了两番 。 IBM 和英特尔公司分别宣称他们建造了具有 50 和 49 量子比特位的量子计算机， 谷歌也正伺机而动 。 “量子计算的科研圈子很有活力， 并且最近也确实取得了巨大的进展， ”来自柏林自由大学的物理学家延斯·埃斯特（Jens Eisert）说 。
大家都在谈论着实现所谓的“量子霸权”， 即量子计算机执行某个任务的能力将超越最好的超级电子计算机 。 乍一听到这个概念， 再看看现有量子计算机中的 50 个量子比特和笔记本电脑里面上百亿的传统比特， 这种悬殊的差异， 不免让人觉得是天方夜谭 。 但是量子计算机的最大优势就是每一个量子比特的运算能力都远远高于传统比特 。 长久以来， 大家都相信 50 个量子比特的量子计算机应该能够解决让传统计算机束手无策的某些问题 。 在 2017 年年中， 谷歌的研究人员宣布他们希望能够在年末时证实量子霸权的存在 。 不过当被问及最新进展时， 一位发言人说“尽管我们希望能够尽快的宣布结果， 但我们也需要认真审查工作中的所有细节， 确保结果的可信度” 。
现在的研究进展也许会让人兴奋地觉得所有的基础和原则性问题都已得到解决， 未来通往通用量子计算的道路上只剩下工程技术需要去实现 。 但遗憾的是， 事实远非如此 。 量子计算的基础物理问题并没有得到完全解决， 而这些问题与量子计算的技术实现紧密相关 。
即便我们很快能够实现“量子霸权”这一里程碑， 接下来的一两年也将是检验量子计算机能否革新传统计算领域的关键时刻 。 通往通用量子计算时代的道路仍然极为坎坷， 需要多方的共同努力 。
量子计算机的本质
量子计算的优势和所面临的挑战， 都源于量子物理本身 。 很多人都尝试过解释量子计算的基本原理， 但并不总能说明白它与经典计算之间的细微差别 。 经典计算机是通过一串二进制代码0 和 1 来编码和操纵信息 。 量子比特所做的事情在本质上并没有区别， 只是它们能够处在 0 和 1 的叠加态下 。 换而言之， 当我们测量量子比特的状态时， 会得到一个一定概率的 0 或 1 。
为了用许多这样的量子比特执行计算任务， 它们必须持续地处在一种相互关联的叠加态下， 即所谓的量子相干态 。 这些量子比特处于纠缠之中， 一个比特的变化能够影响到剩下所有的量子比特 。 这就暗示了基于量子比特的运算能力将远远超过传统比特 。 传统电子计算机的运算能力随着比特位的增加呈线性增长， 而每增加一个量子比特位， 则有可能使量子计算机的运算能力加倍（呈指数增长） 。 这也就是为什么5 量子比特位和 50 量子比特位的量子计算机有天壤之别 。
值得注意的是， 我从来没有声称——尽管很多人这么说过——相对于传统电子计算机， 量子计算机的优势来源于叠加极大地增加了可以进行信息编码的态的数量 。 我也没有宣称量子比特的纠缠性质允许许多运算得以平行进行 。 尽管这些说法在某种意义下有正确的成分， 但是都没有抓住量子计算的本质 。
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