最近几年来量子信息领域飞速的发展，从实现2000km的量子保密干线到“墨子号”量子卫星的发射，再到2017年5月3日召开的新闻发布会宣布中国10光子量子计算机问世。再到今年三月份Google推出的72qubit的量子计算机。我们姑且不讨论这些所谓量子计算机的性能，是否达到了“标准量子计算机”的标准，就量子信息领域的热度，足以让大家耳熟能详。
对于非专业领域的朋友，可能比较疑惑什么是量子计算机？经典计算机与量子计算机的区别是什么呢？为什么现在科学界一致认为量子计算机，可以超越所有的经典计算机？今天我们就从这三个方面进行谈谈：
1、什么是量子计算机？
我相信大家对经典计算机不陌生，从1946年埃尼阿克的问世，到现在的神威太湖之光。经典计算机从原始的晶体管，到现在的集成电路，计算机的性能都有质的飞跃，然而问题来了，如果我们把集成电路中的芯片做的越小，其量子效应会越明显，电子在芯片上的转移会产生大量的热量，导致计算机的性能下降。如果按照摩尔定律，每隔18月计算机的性能翻两倍，只要我们继续提高集成电路中的芯片性能即可。然而想要在同样面积大小的电路中，集成更多芯片，除非芯片做的越来越小。当芯片做的越小，集成在一个地方的时候，散热是主要问题，其次此时芯片性能会改变的。这个问题，制约着现代计算机的发展。这就是所谓的摩尔瓶颈。
科学家们为了寻求，性能更好的计算机，便着手量子计算机的研发。经典的计算机是以2进制0/1作为数据最小的处理单元。也即一个比特可以表示0或者1。而对于量子比特它通常它是处于0和1的叠加态上，如果用量子力学符号表示$${|\psi\rangle}={\alpha|0\rangle}+{\beta|1\rangle}$$ ,更为形象的可以在布洛赫球面上表示 ：
量子态在布洛赫球上的表示
也即一个任意的量子比特在没有进行测量的情况下，它可以表示布洛赫球上的任意一点。所以在某种意义上可以说量子比特比经典比特的荷载信息能力强。量子计算机便是基于量子力学，以二能级原子作为比特载体的，能够处理，优化，计算等性能的物理装置。通常量子计算机分为两块，稀释制冷模块，和信息输入输出模块。
量子计算机构造示意图
2.量子计算机与经典计算机的区别？
这个问题是一个很范的概念，具体的区别见下表：
|
经典计算机 |
量子计算机 |
|
| 编码单位 |
Bit |
qubit |
| 计算能力 |
线性增加 |
指数增加 |
|
实现 |
容易 |
困难（量子比特的操控以及比特之间的相干性难以控制） |
| 擅长领域 |
基本的数值计算 |
无序搜索 质因数分解 大数据优化 |
3.量子计算机超越经典计算机？
如果说量子计算机的性能超越经典计算机，这个结论没问题。但是如果说对于普通很简单的算法，量子计算机的速度未必优于经典计算机。因为量子计算机的操作成本比较高。对于量子信息中，大家常见的质因数分解，其实就是很好的例子，当给定一个数m让计算机对它进行分解。如果m比较小，经典计算机就很容易就可以计算出结果，当m为几千万以上，则经典计算机可能就无能无力了，有可能算几十年都没有结果，但是如果用量子计算机进行操作，半秒钟就出结果。所以对于现在的社会，很多材料，医学，人口优化方面，现在计算机更本算不动，当量子计算机问世了，这些问题就可以迎刃而解了。
