撰文姚期智世界著名计算机学家，2000 年图灵奖得主，中国迷信院院士，美国迷信院外籍院士，清华大学交叉信息研讨院院长
量子计算曾经出如今群众的视野中很久了。尤其是最近几年的开展，量子计算机似乎行将成为理想。但是量子力学对内行人来说是十分生疏的，甚至很多的计算机迷信家，他们仍以为量子计算很奥秘。他们也很难了解一些复杂的成绩，比如：量子计算究竟跟经典计算有什么不同？它弱小的计算才能从何而来？量子计算机的本质是怎样？它弱小的计算才能从何而来？
在十九世纪，经典物理学以为，世界上的一切物质可以分红两种类型，一种是粒子，你可以把它想象成棒球或许网球，它很稳固且有弹性，处在特定的位置上。另一种是波，比如我们看到湖中的水波，另外像我们看到的光，或许叫“光波”，也是波现象的一个例子。这就是经典物理学对物质的解释。
事先的迷信家对这套实际十分称心。他们以为这套实际可以解释自然界的一切。但是到了二十世纪，事先的迷信家们突然发现，整个世界并不是我们肉眼所看到的那样。经典物理模型有能够是错误的。他们发现，假设去观测一个很小的物体，比如原子、电子或许光子它们同时具有粒子和波的特性。人们看到的究竟是粒子还是波，取决于我们的观测方式。深刻的讲，就好比《Jekyll and Hyde》的故事（编者注：英国作家 Stevenson 的的经典小说，书中主角有人格分裂。现多指由两种不同面目的人）。我不确定中国冤家能否熟习这个故事。杰克是一个坏人，海德是一个坏人。但大家都知道，他们实践上是同一团体的双重人格。
爱因斯坦在 1905 年宣布了一篇著名的论文，他提出：光不只仅只是波实践上，光在特定条件下表现得像粒子。所以到目前为止，物理学家依据量子实际以为，宇宙中一切的物质都具有这种双重属性。即每个物体都具有两面性。一面是粒子的特性，一面是波的特性。物理学家给它起了一个十分难听的名字，就叫做波粒二象性。它通知我们，世界上一切物质的真实相貌，跟我们肉眼察看到的是不一样的。他们实践上既有粒子的性质，同时又有波的性质。在量子实际中，这是物质的基本性质之一这种性质十分有名。所以波粒二象性对量子计算来说是十分重要的。
量子计算机 Vs 经典计算机
在 1936 年，Turing 提出了图灵机这个概念，他也是计算机范围的伟大先驱者。在 1936 年之后的很多年，图灵及一些其他先驱者都以为，他们曾经处置了计算实际的一切成绩。他们觉得本人找到了一个十分完美的，或许说是独一的计算模型。之后的很多年，大家都抱有异样的想法。但是自二十世纪六七十年代起，一些极具创新肉体的迷信家们末尾思索计算的本质。他们重新审视计算这个概念，思索像计算进程中需求消耗多少能量等成绩。之后沿着这个思绪，一些迷信家也在思索，应用量子实际停止计算的能够性。其中有一个迷信家为此贡献良多，他就是 Charles Bennett，他也是量子计算的先驱之一。
对量子计算范围来说，也许最重要的一个任务是费曼在 1981 年做出的任务。他实践上提出了两个成绩，第一个成绩是：经典计算机能否可以有效的模拟量子系统？对计算机迷信家来说，这是一个十分重要的成绩。我们高度运用经典计算机，去计算和解释物理现象，并且实践上，计算效果确实十分好。这是由于经典物理现象都能用微分方程停止描画，而恰恰经典计算机十分擅长处置这类成绩。在很多范围，经典计算机都能十分好的模拟物理系统。但是费曼思索的是，假设不只仅思索经典物理，而且思索量子物理的情形。
虽然在量子实际中，仍用微分方程来描画量子系统的演化，但变量的数目却远远多于经典物理系统。假设你依然想用经典计算机来模拟量子系统，即用经典计算机模拟经典系统的老思绪，那么你需求指数级来添加时间才能完成模拟。所以费曼提出了这个成绩而费曼的结论是：这是不能够的。由于目前没有任何可行的办法，可以求解出这么多变量的微分方程。
然后，他提出了另一个成绩，这是一个十分重要且极具创新性的成绩： “假设我们保持经典的图灵机模型，能否可以做得更好？”我以为没有计算机迷信家这么想过，但是物理学家会这么思索，由于他们不是计算机迷信家。费曼正是如此，他从物理学家适用主义的角度来思索这个成绩。他说：“好吧，让我们看看我们能做些什么，假设我们不能以标准的办法去做，能否有新办法可以处置这个成绩，从而取得正确答案？”
他问道： 假设我们拓展一下计算机的任务方式，不是运用逻辑门来建造计算机，而是一些其他的东西，比如分子和原子，假设我们运用这些量子材料，它们具有十分奇特的性质，尤其是波粒二象性。能否能建造出模拟量子系统的计算机？”于是他提出了这个成绩，并做了一些验证性实验。然后他推测，这个想法也容许以完成。
那么量子计算机和经典计算机有何本质区别呢？经典计算机本质下去说，你有一些数字串或许比特你将其作为输入，用经典计算机对它停止计算，然后取得输入结果，经典计算机就是经过数字逻辑来停止运算。而作为比照，量子计算机是由量子材料建造而成。你也可以输入量子比特，输入比特的形状用形状空间中的态矢表示。所以一种特殊情形是，它可以表示经典的 0 和1。但是实践上它可以表示更多的形状。让我们经过类比来了解它们之间的差别。
假定你如今需求计算一个成绩，首先你需求正确的表示这个计算义务，把它输入到量子计算机中，然后在特定的时间，你需求执行测量操作，获取测量结果，这个结果就是你需求的输入结果。我以为很重要也很幽默的一点，在量子计算机和经典计算机的区别中，就是很多年先人们以为模拟电路曾经过时了。
虽然模拟信号是电子工程师的最爱他们有了电压信号和电流信号后，就能应用这些信号停止信号处置。但当数字计算机普及之后，我们就把那些模拟设备扔进了渣滓堆里。由于我们没有必要再去运用它们。由于数字信号处置，可以更波动、更可控，而模拟信号处置则很难准确控制。可是假设我们运用量子计算机的话，那么就又回到了模拟信号处置上。量子计算机只在计算进程的最后时辰，即执行测量操作取得测量结果时，才会将模拟信号变成数字信号。
经典计算机经过操纵经典比特停止布尔运算，相似的，量子计算机是操纵量子比特。这些量子比特处在一个更大的形状空间中，量子操作本质上就是去旋转它们。
