近日，微软宣布实现量子计算重大突破，并将于10年内制造出量子超级计算机。此外，谷歌、IBM、英特尔等科技巨头也密集公布了量子计算有关进展。一时间，量子计算引起广泛关注。

量子计算究竟有哪些优势？未来前景如何？量子计算机又将带来哪些改变？以下，enjoy：

什么是量子计算机？

量子计算，是以量子比特（Qubit）为基本单元，利用量子叠加和干涉等原理实现并行计算，能在某些计算困难问题上提供指数级加速，是未来计算能力跨越式发展的重要方向。

和传统计算机相比，量子计算机有哪些不同之处？具体如下：

●芯片制造工艺不同。目前计算机芯片的制造，主要依赖于光刻机；而量子计算机的芯片，目前有超导、光量子、离子阱等多种技术路线制备。

●单个芯片内包含的最小计算元件数量不同。例如英伟达GPU H100包含约800亿个晶体管，而IBM最新公布的量子芯片Osprey仅包含433个量子。

●计算能力的不同。拥有约50个量子的量子计算机，在完成特定计算任务时，已经可以比现在算力最强的超级计算机快数千甚至数万倍以上。

此外，量子计算机在信息传输、计算速度等多个方面具有优越性。

著名的“量子纠缠”即量子波粒能够同时存在于两个地方，而且即使分隔数百万英里仍然能够保持关联性。

同时，由于量子具有“叠加态”，因此可实现并行计算，在计算速度方面具有绝对优势。

具体来看，经典计算机中，一个信息位（1 bit）只能表示一个状态（0或1）；在量子计算机中，一个量子信息位（1 Qubit）则可以同时表示两个状态（0和1），因此每个Qubit都可以并行计算。于是，同为N个信息位的计算机，量子计算机的计算效率是经典计算机的2的N次方倍。

量子计算机的最新进展

量子计算是未来科技与产业发展变革的重要变量，已成为全球各国学术界、产业界和利益攸关方的普遍共识。截至目前，全球顶尖的科研机构、科技企业积极投入量子计算机的研发。但整体来看，量子计算软硬件技术发展远未成熟，应用探索与产业培育仍处起步阶段。

●硬件层面：目前市场上的量子计算机几乎都采用门操作来控制量子比特。为了方便理解，我们可将一个完整的量子计算机硬件系统分为四个层次：

主处理器，仍由经典计算机担任，运行传统的操作系统，提供网络连接、大规模存储、用户访问界面等功能；

控制处理层，决定了算法所需的操作和测量顺序，该序列由主处理器的程序和算法定制；

控制和测量层，是对量子比特操作和测量的部分，该层面将处理器中的数字信号转换为量子操作所需的模拟信号，同时将测量结果转换为二进制数据，在此过程中，一点微小的误差都会影响运算结果；

数据层，即量子比特存在的地方，决定其性能的关键是量子门错误率、连通性、相干时间以及单个模块中的量子比特数。

●软件层面：量子软件是构成量子计算系统的关键环节，目前仍处于架构探索和迭代发展的起步阶段，初步可分为基础运行、计算开发、应用服务和通用系统等四类。其中，计算开发软件对于推动量子计算应用具有重要意义。它能够提供设计量子算法、创建量子程序、开发量子应用的工具集，支持量子计算机执行算法与程序的编写和转译，需要与底层硬件逻辑门匹配并实现量子算法的配置与优化。

●应用层面：传统计算机受制于摩尔定律的上限、芯片大小的极限、芯片散热等问题，在执行大数因数分解、数据库随机搜索等任务时会遇到瓶颈。而量子计算中提出的Shor算法、Grover算法就很好地解决了这两个问题，能够应用于复杂的大规模数据处理与计算难题。科学家预测，经典计算机仍担任生活娱乐和日常工作等相对简单的任务，量子计算在材料与生物医药化学模拟以及复杂系统建模与优化等领域，率先展示实用化量子计算应用案例及其优越性。

未来前景及中国优势

近年来，我国高度重视量子信息技术领域发展，随着“十四五”规划中关于组建国家实验室和实施重大科技项目等措施的逐步落实，科研布局与支持力度进一步加强。过去十年间，量子计算初创公司快速崛起、科技巨头加速入场，极大地推动了量子计算的商业化进度。

君联资本、联想之星、联想集团旗下联想创投共同投资企业“图灵量子”是国内首家光量子芯片及光量子计算机公司，拥有自主知识产权的三维和超高速光量子计算芯片核心技术和工艺。图灵量子的创始人兼CEO金贤敏师从中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟，致力于量子信息技术的芯片化集成化研发。

2022年1月，图灵量子发布了国内首个全系统集成的商用科研级专用光量子计算机——TuringQ Gen 1。该设备不仅提供定制化三维光量子芯片设计和制备，实现量子光源系统、光量子计算芯片系统、量子测控操作系统全功能集成，还提供了界面友好的教案、实例和量子软件，可应用于生物医药、金融分析、微观电子模拟、宏观宇宙模拟等领域。

TuringQ Gen 1光量子计算机打破了量子领域高门槛、高投入、高研发周期的技术壁垒。图灵量子表示，用户可轻松实现一步跨入量子计算的世界，特定需求也能得到定制化一站式解决方案。

量子计算作为一种全新的计算方式，不仅可以增强计算机功能，更有可能重塑应对气候变化、饥饿和疾病的能力，破解和更新常见的加密技术，带来巨大经济效益，对全球数字经济产生影响。根据IDC预测，到2027年，全球量子计算市场规模将达到107亿美元，与2017年相比，10年内增长超过40倍。