量子計(jì)算機(jī)最近是大新聞，幾乎每周我們都能聽(tīng)到關(guān)于其穩(wěn)定性和運(yùn)算能力的新進(jìn)展。但對(duì)許多人來(lái)說(shuō)，量子世界是神秘而令人迷惑的。在Nature Outline-量子計(jì)算中，我們用信息化圖示和視頻介紹經(jīng)典計(jì)算和量子計(jì)算之間的差異，并向讀者介紹量子計(jì)算領(lǐng)域的基本術(shù)語(yǔ)。

　　我們的電腦還能怎么更先進(jìn)？隨著越來(lái)越多的智能操作系統(tǒng)走下銀幕，走進(jìn)普通人的家中，看上去電腦可以解決任何問(wèn)題。但實(shí)際上，很多科技領(lǐng)域的進(jìn)步是有限的，因?yàn)槟壳暗碾娔X效率太低。即使是最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，當(dāng)存在太多相互作用的元素時(shí)，也不能準(zhǔn)確地計(jì)算出新材料，化學(xué)結(jié)構(gòu)或生物系統(tǒng)的性質(zhì)。

　　我們需要一種新型的計(jì)算方式，把計(jì)算機(jī)試圖克服的這種復(fù)雜性給利用起來(lái)。量子計(jì)算機(jī)這個(gè)概念的第一次提出是20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)有人提出也許可以根據(jù)量子物理學(xué)而不是經(jīng)典物理學(xué)來(lái)構(gòu)建計(jì)算機(jī)。但是這種方法需要組裝和控制量子系統(tǒng)——這是一項(xiàng)非常困難的任務(wù)。通常，量子現(xiàn)象只出現(xiàn)在物質(zhì)基本組成部分的水平上，如原子和電子。

　　但是，一旦建立起了量子系統(tǒng)，它們將提供大量的可能性。描述區(qū)區(qū)幾百個(gè)粒子的一般量子態(tài)，所需變量的數(shù)量就超過(guò)了宇宙中的原子數(shù)。沒(méi)有任何經(jīng)典計(jì)算機(jī)能有內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)這么多的信息。但是，如果豐富的量子狀態(tài)被用于編碼信息，就能打開(kāi)計(jì)算的全新世界。模擬材料和分子的行為將變得容易，大型數(shù)據(jù)庫(kù)的快速搜索和全新的密碼學(xué)方法也不在話下。

　　過(guò)去二十年來(lái)，人們?cè)诜蛛x，操縱和測(cè)量可形成量子計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的元素方面取得了穩(wěn)步的進(jìn)展，無(wú)論是單個(gè)量子實(shí)體，如原子，電子或光子，還是顯示量子力學(xué)行為的人造系統(tǒng)，如半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或微型電子電路。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)有了量子計(jì)算機(jī)可以工作的原則證明，但是接下來(lái)要解決的前所未有的挑戰(zhàn)的規(guī)模之巨大也是很明顯的。

　　世界各地的物理學(xué)家，數(shù)學(xué)家，計(jì)算機(jī)科學(xué)家和工程師正在試圖解決這樣一個(gè)問(wèn)題——該如何構(gòu)建和操作一個(gè)足夠大的量子計(jì)算機(jī)，從而能夠在一些任務(wù)中打敗經(jīng)典計(jì)算機(jī)。商業(yè)公司也參其中。最終的量子計(jì)算機(jī)會(huì)是什么模樣，它將使用哪種量子系統(tǒng)，以及它究竟能解決哪些問(wèn)題依然懸而未決。所有這一切都在推動(dòng)各種激動(dòng)人心的研究。