随着经典计算机逐渐逼近速度方面的极限，摩尔定律也将失效。媒体是出现了大量关于量子计算方面的文章和消息，什么“量子霸权”之类，它们只是夺人眼球，还是蕴藏着即将爆发的技术奇点？众口不一。
本篇《量子计算ABC》只就下列问题，提供一些科普级的见解，供各位参考。
1） 量子计算的超高效率是哪里来的？
2） 量子计算会替代经典计算吗？
3） 量子计算机的研制为何那么难？
先说说量子计算的“超能力”是从何而来的？有效的量子比特处于一种相干的叠加状态，比如描述三个量子比特的波函数有如下的叠加形态的表示：
| x > = c0*| 000 > + c1*| 001 > + …c7 | 111 >
经典计算中的普通比特，同样3个比特在同一时间只能表示八种可能组合中的一种，比如010。但量子比特却同时表示所有八种可能的全部。它随比特数呈指数增长，谷歌的72量子比特存储的状态数为2^72（72次方）。不仅如此，量子比特参与计算时是并行的。量子态经过一系列量子门，相当于酉算子作用到量子态。一次性完成并行运算，正是量子计算最不可思议的地方。
量子计算是所有可能性的“平行演化计算”，也就是说一路量子门只是改变了上面叠加态的系数分布，也就是那些“平行世界”的可能性（的分布）。科幻小说家也借此创造了平行世界的不同人生。薛定谔的猫就有生与死的两个平行人生，直到“测量时的坍缩”，才见到了它的一个世界。
世界级的科技公司无不投入巨资参与这场竞赛，目前谷歌的72比特量子计算暂时领先。各公司的技术方案差别很大，据说中国已经找到了所谓的天使粒子（反粒子就是自身的粒子），正在开拓一种拓扑量子计算。不好意思，这已经超出了我的认知范围。
现在我们再来讨论量子计算会不会取代经典计算的问题。经典计算的抽象模型是图灵给出的“图灵机” 。它本质上是一种机械运动，有兴趣的读者可以翻看吴军的《计算之魂》。
而量子计算本质上是概率性的，利用了微观粒子的量子物理特性。图灵机是一种通用机，现代计算机采用的是冯诺依曼架构，它的通用性无需多言，已被世人接受。
而要体现“量子霸权”，算法上就需要利用那些量子特性。所以，现有的量子算法还是很有局限的。两种计算貌似互补，而非替代。量子门实现的酉算子本质上是薛定谔方程的在希尔伯特空间的一种操作，理解起来也不是那么直观。尽管有人证明了，各类量子门的组合也可以逼近“图灵机”，但它的霸权领域还是有局限的。
现在我们来说说最后一个问题，为何量子计算那么难。这主要是因为要维持量子比特的相干性非常得不容易。甚至无所不在的宇宙射线可能引起“退相干”。目前，就我了解能维持的相干时间尚未达到妙级。
谷歌的量子计算机是需要“超低温”的，各种新的量子计算模型还在不断涌现。微型化、集成化的各类技术也层出不穷。一种叫“量子点”的技术，有如人类自己造的原子，“人造原子”有自己特有的能级结构…
总之，一切皆有可能。量子计算必然带来新一轮的算力革命，让我们拭目以待。
注解：配图来自网络
