文|陳根 

1900年，普朗克在論文里首次提出了能量的不連續性，一腳踢開了量子力學的大門。通常來說，量子計算是一種遵循量子力學規律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式，它與現有計算模式完全不同。在理解量子計算的概念時，通常將它與經典計算相比較。

在經典計算機中，信息的基本單位是位（Bit）。所有這些計算機所做的事情都可以被分解成 0s 和 1s 的模式，以及 0s 和 1s 的簡單操作。與傳統計算機由比特構成的方式類似，量子計算機由量子比特（quantum bits）或量子位（qubits）構成，一個量子比特對應一個狀態（state）。

但是，比特的狀態是一個數字（0 或 1），而量子比特的狀態是一個向量。更具體地說，量子位的狀態是二維向量空間中的向量。這個向量空間稱為狀態空間。

經典計算使用二進制的數字電子方式進行運算，而二進制總是處于0或1的確定狀態。于是，量子計算借助量子力學的疊加特性，能夠實現計算狀態的疊加。即不僅包含0和1，還包含0和1同時存在的疊加態(superposition)。

此外，加上量子糾纏的特性，量子計算機相較于當前使用最強算法的經典計算機，理論上將在一些具體問題上有更快的處理速度和更強的處理能力。

近年來，量子計算技術與產業呈現加速發展態勢，而有關量子計算技術的突破多與三個因素有關，即量子比特能夠維持量子態的時間長度、量子系統中連接在一起的量子比特的數量和對量子系統出錯的把握。

量子比特能夠維持量子態的時間長度，被稱為量子比特相干時間。其維持“疊加態”（量子比特同時代表1和0）時間越長，它能夠處理的程序步驟就越多，因而可以進行的計算就越復雜。

其中，IBM率先將量子技術引入實用計算系統，將量子比特相干時間提高到了100微秒。而當量子比特相干時間達到毫秒級時，將足以支持一臺能夠解決當今“經典”機器解決不了的問題的計算機。

從量子系統中連接在一起的量子比特的數量突破來看，2019年10月，谷歌公司在《Nature》期刊上宣布了使用54個量子位處理器Sycamore，實現了量子優越性。具體來說，Sycamore能夠在200秒內完成規定操作，而相同的運算量在當今世界最大的超級計算機Summit上則需要1萬年才能完成。

除了解決量子比特的數量問題，由于當量子比特失去相干性時，信息就會丟失，因此量子計算技術還需要面臨如何去控制，以及如何去讀取量子比特，然后在讀取和控制達到比較高的保真度之后，去對量子系統做量子糾錯的操作。

基于此，研究人員借鑒經典計算機里面糾錯的概念，來確保最后總的等效的量子操作，可以達到比較高的保真度，開發了所謂的量子糾錯。當然，現階段的量子糾錯還需要突破規模的門檻，但顯然不再遙遙無期。