近日美国谷歌公司研究人员在美国国家航空航天局（NASA）官网上发表论文称，其所研究的量子计算机仅需3分20秒就可完成目前全球最快超级计算机 “顶点”需一万年才能完成的计算。

虽然这篇文章随后被撤下，但已然掀起了轩然大波，成为科学领域的一个重大新闻，预言中的量子霸权（quantum supremacy）近在咫尺，终将到来。

为什么量子计算能带来如此巨大的飞跃？这要从量子计算的原理说起。我们知道量子力学存在态叠加，而量子计算机使用可以处于多种叠加状态的量子位。经典的电子计算机，是基于数字电路的通电和断电两种状态来实现运算的。对电路来说，这是两种确切的状态，不是0就是1，这也就是我们常说的比特。对于普通计算机的2个比特，在某一时间也只能处理4个二进制数（00、01、10、11）中的其中一个。以此类推。

而量子计算机由微观的量子来构成比特，由于量子存在叠加现象，一个量子比特（qubit）可以同时处于 0 和 1 两种状态。量子计算机中的2位量子比特就可同时处于4个二进制数（00、01、10、11）状态的叠加状态，这使得量子计算机可以并行处理数据。对于普通计算机需要一个具有16个比特的经典电路才能实现等效的计算能力。由此，相对于经典计算机，量子计算机的能力是呈指数级的剧增。在神奇的“叠加态”下，50个量子比特一次可以进行2的50次方次运算，已经可以碾压全球最快超算的能力。

此次量子霸权的实验演示中，谷歌使用的是一款名为 Sycamore的量子计算机。这是一款 54 位的量子处理器，但其中有一个量子位无法达到标准，所以谷歌只使用了其中 53 个量子位执行采样计算任务。而去年谷歌就对外展示了一款拥有 73 个量子位的量子计算机。

▲谷歌的量子计算系统

量子计算从预言一步步走进现实，可以在经典计算机无法企及的领域大展拳脚，对基因测序和抗癌药物开发、气象精准预测、地外文明探索等领域，给我们的生活带来革命性的改变。