有关量子力学的经典及科普专着汗牛充栋，量子计算机的书籍也难以胜数，但量子计算机的工作原理就如爱因斯坦的广义相对论以及斯蒂文·霍金的弦理论一般，以经典的牛顿物理学（尤其是经典计算机学科）常识，很难以有限的文字将量子计算机的工作原理清晰地概述出来，并为大多数不谙此道的读者所理解和接受。因此，笔者不打算就此徒耗笔墨和精力。总之，一般地说：

 

　　（1）目前常规意义上的以半导体为核心器件的电子计算机，是通过控制集成电路来记录和运算信息的，而量子计算机则试图通过控制原子或小分子的状态，来记录和运算信息的。

 

　　（2）量子计算最本质的特征为量子的叠加性和量子的相干性。不像半导体只能记录0与1，量子可以同时表示多种状态（即“叠加分量”）；于是，量子的一次运算即可对所有这些叠加分量实现变换（即“运算”），而其中对每一个叠加分量的变换（“运算”）皆相当于一种经典计算，所有这些经典计算在一次量子运算中同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。

 

　　量子计算之所以高速，利用的主要是量子系统可以同时处理无穷多量子态的原理，而目前的电子计算机的运算速度是由时钟频率 的高低决定的。所以，量子计算是一种最彻底的并行计算，它的并行计算发生在比特内部（量子比特，qubit）；而目前我们所使用的电子计算机，其并行计算都只是发生在处理器之间。这是两者最本质的差异，也是众多量子计算机专家所坚信的量子计算机将能够以指数等级的差异快于电子计算机的主要原因。

 

　　目前世界上还没有真正意义上的量子计算机，原因是实现对微观量子态的操纵十分困难，目前世界各地许多实验室陆续发布了相应的研究成果及相关技术，如：原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。加拿大D-Wave公司一直致力于量子计算机的研究工作，近年来推出的D-Wave 1X、D-Wave 2X，以及最近宣布的将于明年（2017年）推出一款能够处理约2000个量子比特的新型量子芯片，给近年来略显沉闷的量子计算机界刮进了一股春风。

 

 

　　基于量子计算机具有巨大应用前景和市场潜力等方面的考量，一些发达国家政府和公司于本世纪初先后制定了一系列针对量子计算的研发计划。

 

　　量子计算机首先受到美国军方的高度重视：美国的DARPA（高级研究计划局）制定了一个名为“量子信息科学和技术发展规划”的研究计划，并于2004 年4 月2 日发表了2.0 版。该计划详细介绍了美国发展量子计算的主要步骤和时间表，其目标就是在2012年前开发出各种复杂的量子技术，以满足各种算法的需求。通过这些研究，美国争取在2007 年研制成10 个物理量子位的计算机，在2012 年研制成50 个物理量子位的计算机。美国陆军则计划到2020 年装备量子计算机。此外，美国一些科学和国防机构也制定了详细的相关计划。如国家安全局的ARDA5（Advanced Research and Development Activity）计划、NSF 的Quantum and Biologically Inspired Computing（QuBIC）计划、美国宇航局JPL的Quantum Computing Technology Group 计划和NIST Physics Laboratory, Quantum Information 计划等。

 

　　欧洲也在积极研究开发量子计算及量子加密。在已经完成的第五个框架计划（5th framework project）中，欧洲委员会耗资248 万欧元完成了对不同量子系统（如原子、离子和谐振）的离散和纠缠的研究；耗资117 万欧元完成了对量子算法及信息处理的研究。在第六个框架计划（6th framework project）中，欧洲委员会对于量子算法和加密等技术着重进行研究，其子计划--基于量子加密的安全通讯全局网络开发计划，耗资1471 万欧元，预期到2008 年研制成功高可靠、远距离量子数据加密技术。

 

　　日本早在2000 年10 月就开始了为期5年的量子计算与信息计划（quantum computation and information project），重点研究量子计算和量子通讯的复杂性、设计新的量子算法、开发健壮的量子电路、找出量子自控的有用特性以及开发量子计算模拟器。

 

　　我国科学家也在积极开展这方面的研究工作，《自然》杂志2004 年发表了中国科技大学潘建伟教授等完成的重大研究成果：五粒子纠缠态以及终端开放的量子态隐性传输的试验获得成功，在国际上首次取得五粒子纠缠态的制备与操纵，在世界上率先实现了五个粒子的量子互动传输。

 

　　目前，量子计算机的研发主要涉及量子编码、量子算法和量子硬件三项核心技术。限于篇幅，不予叙述。

 

　　量子计算机之所以高速，是因为充分利用了量子的叠加性和相干性等特性，并以此实现量子比特级的并行转换（运算）。然而也正由于此，量子计算并行效率的发挥并非在所有领域都可以轻松实现。事实上，目前学界公认，即便量子计算机目前能够量产并投入市场，其神奇的高速运算特性也只是在个别领域才有可能较为便捷地予以使用和发挥，原因在于量子算法实现的极端困难。目前只有少数几个算法能够较为充分地利用了量子计算机的量子特性，从而达到比经典电子计算机处理更快的实际效果，如大数质因子分解算法，及其用于破译RSA公钥体系密码等应用。在一般的民用领域，量子计算机的神奇高速特性目前则较难展现。此外，量子硬件技术实现的困难也使得真正意义上的量子计算机迟迟无法问世，以至于据说2012年诺贝尔物理得主，专门从事量子信息研究的法国科学家Haroche在其诺贝尔获奖演讲辞中就此感慨道：量子计算机看起来是一个乌托邦。

 

　　也许由于研究成果及进展速度不如预期，进入2010s年代后，各国政府（中国除外）对于量子计算机的重视程度有所下降，这主要体现在政府支持经费的额度以及项目安排的力度等方面。

 

　　D-Wave公司是目前少有的几个专门研制并实际推出量子计算机的公司，据业内人士分析，该公司所生产的量子计算机选择量子绝热演化算法做为其核心技术，只有一般的量子隧道效应，而缺少量子相干性和纠缠性这两个学术界定义的量子计算机所必须具备的基本特征，因而在学术界颇被诟病，一些学者甚至认为该公司目前推出的产品不能称其为量子计算机，最多是一个有量子效应的计算机而已。然而无论如何，这毕竟是目前唯一的采用量子理论（至少部分采用）而构成的、且可以被使用的计算机；只是其综合计算峰值是否真如谷歌所描述的那样令人瞠目结舌，尚不明了。
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