可以說，誰最先實現量子計算，誰就領導下一次工業革命。因此，各個大國、各大企業都在投資量子計算。那麼，什麼是量子計算呢？
先看看我們平時用的計算機的工作原理。計算機很像是一個餃子機。餃子機主要由兩部分組成，一部分是貨架，上面放了一些原材料，比如麵粉、水、菜、肉等；另一部分是桌台，在上面可以對原材料進行加工處理，比如剁餡、和面、擀餃子皮、包餃子等。
計算機的結構也很類似。它裡面有一個部分叫存儲器，也就是我們常說的硬碟，其功能相當於餃子機的貨架，可以用來存放各種各樣的數據。還有一個部分叫處理器，也就是我們常說的CPU，其作用相當於桌台，可以用來對存儲器中的數據進行處理。
無論是存儲器還是處理器，都是計算機的硬體。要想讓計算機真正派上用場，還需要軟體，也就是對計算機下命令的指令集。像剁餡、和面、擀餃子皮和包餃子，就是餃子機的指令集。計算機里也有很多指令集，其中最簡單的指令是加法，也就是把兩個數加在一起。至於減法、乘法和除法，都可以通過加法來實現。舉個例子，乘法其實是加法的積累。比如，1乘以2，就相當於1加1；1乘以3，就相當於1加1再加1。至於減法和除法，其實是把加法和乘法顛倒過來計算。而有了加減乘除，就可以讓計算機做更複雜的事，比如解方程、算微積分、畫圖片、放視頻等。總之，計算機最核心的工作原理就是最簡單的加法運算。不管多複雜的計算機指令集，歸根結底都是在做加法。
不過，在做加法之前，還有一個很關鍵的問題要解決，那就是如何用計算機裡面的元件來表示數字。說到這裡，我們會覺得很奇怪。表示數字還不簡單？用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9來表示不就可以了嗎？答案是不可以，計算機用不了十進位。為什麼呢？因為要想表示從0到9這10個數字，就必須造出10種不同的電子元件，或者找出電子元件的10種不同狀態。
計算機用的是二進位，其個位數字只有兩個，分別是0和1。到了2，就得往前面的位數進位，所以二進位中的2要用10來表示。那3呢？是11，也就是把個位數里的0再變成1。而4呢？只用兩位數就沒有辦法表示了，所以要再加一位數，把最前面的位數變成1，後面的位數都變成0，也就是100，這就是二進位中的4。用這種每到2就往前面進一位的計數法，就可以用0和1把所有的整數都表示出來。這就是所謂的二進位。
對計算機而言，用二進位可比用十進位簡單得多。要表示二進位中的兩個數字0和1，只需要找出電子元件的兩種不同狀態即可。前面講過，半導體二極體可以在電路中充當開關。換句話說，二極體有一個「關」的狀態和一個「開」的狀態。用「關」來代表0，用「開」來代表1，這樣就可以在計算機中表示二進位的數字了。一長排的二極體可以表示一個很大的數字，而很多排的二極體可以表示很多的數字。換句話說，二極體可以用來存放數據，這就是剛才講過的存儲器。
計算機的工作原理是在二進位的基礎上實現加減乘除，但每一次運算，都和我們打算盤一樣，是一步一步做的。
接下來可以說說量子計算機了。一個量子計算機中的元器件，可以既處於開的狀態，又處於關的狀態。比如，它有50％的概率是開的，有50％的概率是關的；也可能有30％的概率是開的，有70％的概率是關的；還可能有45.5％的概率是開的，有54.5％的概率是關的。總之最後加起來是100％。當然，這與我們日常生活經驗完全不符。不過，在量子力學裡，這就是世界的本來面目。
量子計算機中的每一個開關可以同時處於開和關疊加的狀態。為什麼有了這種開關，量子計算機就會變得特別厲害了呢？其實很簡單，這就像我們走迷宮，如果是一個人走的話，每次遇到一個岔口，就得做出一個選擇，這就像普通計算機，每一次都做一個動作。如果我們將水灌進迷宮，水在每一個岔口，同時做出所有選擇，這就像量子開關，同時處於開和關的狀態。
前面說了量子計算的基本原理，但實現起來困難很大，主要原因是我們無法控制微觀的東西。比如量子開關，它們很難總是處於一個量子態之中，總要被環境影響，一旦被影響，就相當於被「測量」了，那麼量子態一下子就被破壞了。
實現量子開關都有哪些方法呢？最簡單的就是利用光子和原子，但直接用光子和原子大多數時候是無法控制的。比較容易控制的有如下幾種：第一種叫離子阱，具體是什麼我們就不要去管它了；第二種就是利用超導實現一個量子開關；第三種是利用原子核的量子態來做開關。不過直到今天，還沒有實現實用的量子開關。
當然，有了硬體還不夠，還需要所謂的算法，將一個問題化解成具體操作。1994年，有一個叫肖的人發明了一種算法，可以用量子計算機來做整數的因式分解，有一大類問題可以用肖算法來解決。在肖算法之外，還有其他算法。
量子計算機有兩種：一種是量子模擬，這種量子計算機具有單一的作用。比如，用這種量子計算機模擬一個原子或者幾個原子的具體運行過程，或者模擬兩個光子的具體運行過程，或者用來分解一個非常大的不可分解的整數。但是這三種目的要由三個不同的量子計算機做出來，就相當於AlphaGo只會下圍棋不會下象棋，因為它是專門的量子計算機。
我國離製造出專門的量子計算機也就一步之遙了。非常遺憾的是，專門的量子計算機並沒有多大的作用。就像手機，雖然不是專門的量子計算機，但也是一種類似的通用機。世界上任何一個量子實驗室，距量子通用計算機的製造都還非常遙遠，遙遠到長的可能是50年，短的話可能也得要20年。
下面說一說都有誰在做量子計算機。2014年，谷歌買下了聖芭芭拉加州大學的一個實驗室，它成為谷歌量子人工智慧實驗室的一部分。其實，IBM和微軟進入量子計算領域的時間比谷歌早。IBM十多年前就建立了超導量子計算實驗室和理論組。IBM的量子實驗室曾經專注於基礎研究，直到幾年前才開啟商業競爭模式。微軟很早就在聖芭芭拉加州大學建立研究中心，研究一種叫「拓撲量子計算」的理論。2015年，英特爾開始發展超導量子電路，2016年，馬里蘭大學與杜克大學創辦研究離子阱的實驗室。2018年初，因斯布魯克大學在政府的支持下創辦離子阱公司。
當然，中國在上海、合肥也建立了量子計算研究中心，據我所知，中山大學也將在珠海建立量子計算研究中心。
簡短地介紹了量子計算，下面我想說一說量子計算和人類大腦之間的關係，當然，這種看法非常主觀。人類大腦是我們目前所知的宇宙中最複雜的結構。但目前的腦科學研究表明，人類的大腦很像一台計算機，也有存儲器和處理器，其中存儲器是幫助我們記憶的，而處理器是幫助我們思考的。那麼人腦的最基本單元，也就是它的開關是什麼呢？答案是神經元。
那麼，人類大腦到底是一台經典計算機，還是一台量子計算機？換言之，神經元到底像普通的二極體，還是像神奇的量子開關？這個問題的答案目前還沒有定論。不過，英國著名的數學家、物理學家彭羅斯堅信，人類的大腦應該是一台量子計算機。
彭羅斯認為，人腦神經元中存在著很多微管，這是一種由蛋白質構成的很細的管子，類似於微觀粒子，微管也遵循量子力學。換句話說，微管就是一種量子開關，可以同時處於開和關兩種狀態。彭羅斯還進一步指出，量子計算機能同時探索問題的多個答案，就像它能同時搜索迷宮裡的多條道路，而這恰好可以解釋人腦的一些特殊能力。但後來的研究表明，微管很難維持這種滿足量子力學的狀態，而會很快地退化成一種經典的物體。美國加州大學一個叫費舍爾的物理學家發現，人腦中還有另一種物質可以實現量子開關，那就是磷原子。費舍爾指出，在浸泡腦細胞的體液中，含有一種磷酸鈣的分子。由於有磷原子，這種分子同樣能充當量子開關。更關鍵的是，不像彭羅斯的微管，這種磷酸鈣分子能夠長時間地維持滿足量子力學的狀態。如果費舍爾是對的，那麼人腦中可能確實存在著量子開關。換句話說，我們的大腦的的確確是一台量子計算機。
量子計算機是一種完全不同於普通計算機的東西，如果實現，功能將十分強大，但目前還處於實驗階段。另外，人類的大腦中的某些部分也可能是量子計算機。