可以说，谁最先实现量子计算，谁就领导下一次工业革命。因此，各个大国、各大企业都在投资量子计算。那么，什么是量子计算呢？
先看看我们平时用的计算机的工作原理。计算机很像是一个饺子机。饺子机主要由两部分组成，一部分是货架，上面放了一些原材料，比如面粉、水、菜、肉等；另一部分是桌台，在上面可以对原材料进行加工处理，比如剁馅、和面、擀饺子皮、包饺子等。
计算机的结构也很类似。它里面有一个部分叫存储器，也就是我们常说的硬盘，其功能相当于饺子机的货架，可以用来存放各种各样的数据。还有一个部分叫处理器，也就是我们常说的CPU，其作用相当于桌台，可以用来对存储器中的数据进行处理。
无论是存储器还是处理器，都是计算机的硬件。要想让计算机真正派上用场，还需要软件，也就是对计算机下命令的指令集。像剁馅、和面、擀饺子皮和包饺子，就是饺子机的指令集。计算机里也有很多指令集，其中最简单的指令是加法，也就是把两个数加在一起。至于减法、乘法和除法，都可以通过加法来实现。举个例子，乘法其实是加法的积累。比如，1乘以2，就相当于1加1；1乘以3，就相当于1加1再加1。至于减法和除法，其实是把加法和乘法颠倒过来计算。而有了加减乘除，就可以让计算机做更复杂的事，比如解方程、算微积分、画图片、放视频等。总之，计算机最核心的工作原理就是最简单的加法运算。不管多复杂的计算机指令集，归根结底都是在做加法。
不过，在做加法之前，还有一个很关键的问题要解决，那就是如何用计算机里面的元件来表示数字。说到这里，我们会觉得很奇怪。表示数字还不简单？用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9来表示不就可以了吗？答案是不可以，计算机用不了十进制。为什么呢？因为要想表示从0到9这10个数字，就必须造出10种不同的电子元件，或者找出电子元件的10种不同状态。
计算机用的是二进制，其个位数字只有两个，分别是0和1。到了2，就得往前面的位数进位，所以二进制中的2要用10来表示。那3呢？是11，也就是把个位数里的0再变成1。而4呢？只用两位数就没有办法表示了，所以要再加一位数，把最前面的位数变成1，后面的位数都变成0，也就是100，这就是二进制中的4。用这种每到2就往前面进一位的计数法，就可以用0和1把所有的整数都表示出来。这就是所谓的二进制。
对计算机而言，用二进制可比用十进制简单得多。要表示二进制中的两个数字0和1，只需要找出电子元件的两种不同状态即可。前面讲过，半导体二极管可以在电路中充当开关。换句话说，二极管有一个“关”的状态和一个“开”的状态。用“关”来代表0，用“开”来代表1，这样就可以在计算机中表示二进制的数字了。一长排的二极管可以表示一个很大的数字，而很多排的二极管可以表示很多的数字。换句话说，二极管可以用来存放数据，这就是刚才讲过的存储器。
计算机的工作原理是在二进制的基础上实现加减乘除，但每一次运算，都和我们打算盘一样，是一步一步做的。
接下来可以说说量子计算机了。一个量子计算机中的元器件，可以既处于开的状态，又处于关的状态。比如，它有50％的概率是开的，有50％的概率是关的；也可能有30％的概率是开的，有70％的概率是关的；还可能有45.5％的概率是开的，有54.5％的概率是关的。总之最后加起来是100％。当然，这与我们日常生活经验完全不符。不过，在量子力学里，这就是世界的本来面目。
量子计算机中的每一个开关可以同时处于开和关叠加的状态。为什么有了这种开关，量子计算机就会变得特别厉害了呢？其实很简单，这就像我们走迷宫，如果是一个人走的话，每次遇到一个岔口，就得做出一个选择，这就像普通计算机，每一次都做一个动作。如果我们将水灌进迷宫，水在每一个岔口，同时做出所有选择，这就像量子开关，同时处于开和关的状态。
前面说了量子计算的基本原理，但实现起来困难很大，主要原因是我们无法控制微观的东西。比如量子开关，它们很难总是处于一个量子态之中，总要被环境影响，一旦被影响，就相当于被“测量”了，那么量子态一下子就被破坏了。
实现量子开关都有哪些方法呢？最简单的就是利用光子和原子，但直接用光子和原子大多数时候是无法控制的。比较容易控制的有如下几种：第一种叫离子阱，具体是什么我们就不要去管它了；第二种就是利用超导实现一个量子开关；第三种是利用原子核的量子态来做开关。不过直到今天，还没有实现实用的量子开关。
当然，有了硬件还不够，还需要所谓的算法，将一个问题化解成具体操作。1994年，有一个叫肖的人发明了一种算法，可以用量子计算机来做整数的因式分解，有一大类问题可以用肖算法来解决。在肖算法之外，还有其他算法。
量子计算机有两种：一种是量子模拟，这种量子计算机具有单一的作用。比如，用这种量子计算机模拟一个原子或者几个原子的具体运行过程，或者模拟两个光子的具体运行过程，或者用来分解一个非常大的不可分解的整数。但是这三种目的要由三个不同的量子计算机做出来，就相当于AlphaGo只会下围棋不会下象棋，因为它是专门的量子计算机。
我国离制造出专门的量子计算机也就一步之遥了。非常遗憾的是，专门的量子计算机并没有多大的作用。就像手机，虽然不是专门的量子计算机，但也是一种类似的通用机。世界上任何一个量子实验室，距量子通用计算机的制造都还非常遥远，遥远到长的可能是50年，短的话可能也得要20年。
下面说一说都有谁在做量子计算机。2014年，谷歌买下了圣芭芭拉加州大学的一个实验室，它成为谷歌量子人工智能实验室的一部分。其实，IBM和微软进入量子计算领域的时间比谷歌早。IBM十多年前就建立了超导量子计算实验室和理论组。IBM的量子实验室曾经专注于基础研究，直到几年前才开启商业竞争模式。微软很早就在圣芭芭拉加州大学建立研究中心，研究一种叫“拓扑量子计算”的理论。2015年，英特尔开始发展超导量子电路，2016年，马里兰大学与杜克大学创办研究离子阱的实验室。2018年初，因斯布鲁克大学在政府的支持下创办离子阱公司。
当然，中国在上海、合肥也建立了量子计算研究中心，据我所知，中山大学也将在珠海建立量子计算研究中心。
简短地介绍了量子计算，下面我想说一说量子计算和人类大脑之间的关系，当然，这种看法非常主观。人类大脑是我们目前所知的宇宙中最复杂的结构。但目前的脑科学研究表明，人类的大脑很像一台计算机，也有存储器和处理器，其中存储器是帮助我们记忆的，而处理器是帮助我们思考的。那么人脑的最基本单元，也就是它的开关是什么呢？答案是神经元。
那么，人类大脑到底是一台经典计算机，还是一台量子计算机？换言之，神经元到底像普通的二极管，还是像神奇的量子开关？这个问题的答案目前还没有定论。不过，英国著名的数学家、物理学家彭罗斯坚信，人类的大脑应该是一台量子计算机。
彭罗斯认为，人脑神经元中存在着很多微管，这是一种由蛋白质构成的很细的管子，类似于微观粒子，微管也遵循量子力学。换句话说，微管就是一种量子开关，可以同时处于开和关两种状态。彭罗斯还进一步指出，量子计算机能同时探索问题的多个答案，就像它能同时搜索迷宫里的多条道路，而这恰好可以解释人脑的一些特殊能力。但后来的研究表明，微管很难维持这种满足量子力学的状态，而会很快地退化成一种经典的物体。美国加州大学一个叫费舍尔的物理学家发现，人脑中还有另一种物质可以实现量子开关，那就是磷原子。费舍尔指出，在浸泡脑细胞的体液中，含有一种磷酸钙的分子。由于有磷原子，这种分子同样能充当量子开关。更关键的是，不像彭罗斯的微管，这种磷酸钙分子能够长时间地维持满足量子力学的状态。如果费舍尔是对的，那么人脑中可能确实存在着量子开关。换句话说，我们的大脑的的确确是一台量子计算机。
量子计算机是一种完全不同于普通计算机的东西，如果实现，功能将十分强大，但目前还处于实验阶段。另外，人类的大脑中的某些部分也可能是量子计算机。
,
