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

　　我們的電腦還能怎么更先進(jìn)？隨著越來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題。但實際上，很多科技領(lǐng)域的進(jìn)步是有限的，因為目前的電腦效率太低。即使是最強(qiáng)大的超級計算機(jī)，當(dāng)存在太多相互作用的元素時，也不能準(zhǔn)確地計算出新材料，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算方式，把計算機(jī)試圖克服的這種復(fù)雜性給利用起來。量子計算機(jī)這個概念的第一次提出是20世紀(jì)80年代，當(dāng)時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)來構(gòu)建計算機(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)幾百個粒子的一般量子態(tài)，所需變量的數(shù)量就超過了宇宙中的原子數(shù)。沒有任何經(jīng)典計算機(jī)能有內(nèi)存來存儲這么多的信息。但是，如果豐富的量子狀態(tài)被用于編碼信息，就能打開計算的全新世界。模擬材料和分子的行為將變得容易，大型數(shù)據(jù)庫的快速搜索和全新的密碼學(xué)方法也不在話下。

　　過去二十年來，人們在分離，操縱和測量可形成量子計算機(jī)基礎(chǔ)的元素方面取得了穩(wěn)步的進(jìn)展，無論是單個量子實體，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)有了量子計算機(jī)可以工作的原則證明，但是接下來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，計算機(jī)科學(xué)家和工程師正在試圖解決這樣一個問題——該如何構(gòu)建和操作一個足夠大的量子計算機(jī)，從而能夠在一些任務(wù)中打敗經(jīng)典計算機(jī)。商業(yè)公司也參其中。最終的量子計算機(jī)會是什么模樣，它將使用哪種量子系統(tǒng)，以及它究竟能解決哪些問題依然懸而未決。所有這一切都在推動各種激動人心的研究。