科學曾經代表了人類的思考能力和使用工具的能力，隨著時代的發展，能夠輔助人類增強思考能力的計算機誕生了。並且，隨著科技的不斷發展，計算機的性能也是以指數級成倍增長。體積越來越小，性能也更加強大。但是，它已經接近宏觀世界經典物理規律的上限，這是為什麼呢？
什麼是量子計算機？
例如：計算機中的電晶體，它的工作原理就像是個開關，當電流向特定的方向運動時，通過開關的閉合來決定電流通過的節律，以達到發送二進位代碼的作用！如今較為先進的電晶體的大小已經達到了7納米，這是什麼概念呢？就是比我們的血紅細胞還要小1000倍！也就是說，電晶體已經縮小到了數個電子的大小，所以當電流通過電子管時，有的電子會無視已經關閉的開關，直接通過。這種現象就是微觀世界裡的量子穿隧現象，所以當我們計算機的元器件，想要再度縮小尺寸的時候，那麼在達到微觀世界量子尺寸時，我們的宏觀世界的物理規律，就不起作用了。取而代之的則是微觀世界的量子規律。
由於微觀世界的量子規律和宏觀世界的經典物理規律有很大不同，所以我們的傳統計算機也就沒辦法正常工作了。因為它會丟失數據，也就是說計算機的電子元件的精度已經無法再提升了！也就是說我們的傳統計算機，是實實在在的遇到了宏觀世界的物理屏障！
那麼為了解決這個問題，我們就需要遵循量子力學的特定規律，來研發量子計算機。才能讓我們計算機的運算能力，跟上這個時代科技的發展。很幸運的是，我們勤奮的科學家在2011年就已經製作出了量子計算機，它的運算能力非常強大，但是體積大到和一間房子差不多！不過在2019年國際消費電子展上，IBM展示了他們在量子計算機方面的領先優勢，他們搬出了一臺高集成度的量子計算機，這麼小尺寸的量子計算機，在世界上還是首屈一指，第一次出現！這臺量子計算機已經接近了商用標準，而且相信很快就會朝著民用的方向大跨步發展。
量子計算機究竟是如何工作的？
傳統計算機的運算方法都是使用二進位，即所有指令最後都轉化為二進位的0或者1，也就是一比特，是最小的信息單位。而0或者1就代表著電路的通和斷，而無數個電路的通斷就完成了傳統計算機的整體運行。相比之下，一臺量子計算機，是使用量子裡面的比特，它們可以同時是0和1也就是我們所說的疊加態。
簡單說明一下：在量子計算機中，量子比特可以被設定為兩個值中的任意一個，一個量子比特可以由任意二階量子系統組成。例如：一個同時具有磁場和自弦的系統，這個系統可以存在0和1兩種狀態，就如同光子可以水平極化或者垂極化。在微觀世界中，量子比特可以同時處於多種狀態，它可以是幾種不同量子態中的任意幾種的歸一化，線性組合，這種狀態就稱為量子疊加態，從傳統計算機比特來說，在某一特定時間點只能處於二的四次方的組合中，其中的一種，就是十六個可能的組合最終只能選用其中的一個組合，但對於處於疊加態的量子比特來說，你可以認為它同時處於這16種組合中的所有狀態，而且每增加一位量子比特，能夠表示的數據就呈指數級別增長。如果是20位量子比特，就可以同時表示上百萬種不同的組合。
什麼是量子疊加態
而量子比特的另外一個特性就是糾纏態，它們之間存在某種聯繫，使得一個量子比特發生變化，會立刻反映在另一個相關的量子比特上。不管他們離得有多遠，都是可以瞬時完成關聯性的改變。不存在任何時間上的延遲，這就意味著只要你通過觀測其中一個量子比特的狀態，另一個則是必定相反的存在。所以利用量子的特性，也就是疊加態和糾纏態，意味著你可以同時進行多組不同的運算。
例如我們需要在500本書裡面找一個句子，傳統計算機採用了往往是窮舉法，就是一本一本，一頁一頁的找，但是依賴於現在傳統計算機強大的性能，還是很快就能找到的！但如果是500萬，本書中找一個句子呢？或者500億本書中找一個句子呢？那恐怕我們的傳統計算機會需要很久很久才能完成。而得益於量子疊加態和糾纏態的量子計算機，面對查找500萬本書中的一個句子，使用的運算方法是，他會分身成為五百萬個計算機同時查找，而它所用的時間就是相當於現在傳統計算機在一本書中找一個句子的時間。這種強大的多核運算能力，是傳統計算機遠遠不能達到的。
這說明了量子計算機不只是傳統計算機的加強版！而是一個技術上質的飛躍，就好像煤油燈和燈泡一樣。雖然都是提供光亮，但是它們的工作原理和機制有本質上的區別，你再怎麼改良煤油燈也造不出燈泡來，所以燈泡相比煤油燈，效率的提升、能耗的下降是可以提高、改變整個世界的效率及生產力。所以燈泡的發明能夠改變、提高人、類社會的運轉方式，那麼量子計算機同樣可以，但是這僅僅只是量子力學要應用的其中一個領域。毫不誇張的說，量子力學在更多領域上的應用將會給人類帶來不亞於任何一次科技革命質的飛躍！
量子力學還能應用在哪些領域？
首先很直觀的就是，它可以應用在網絡安全領域，發揮其無以倫比的特性。我們可以把傳輸的信息進行量子加密，這樣黑客就不可能竊取你的信息了，因為量子是具有不確定性的，就算攔截了你的信息，他還需要破解量子力學的法則。眾所周知，這是根本不可能實現的。目前，全球銀行和對安全要求較高的這些機構都在測試這種無法破解的加密方法。當今全球的聯網設備已經達到了170億臺的驚人數量！而且還在不斷的增長，大家可以想像一下，量子加密在未來會有多麼大的影響力。
另外一個讓我想到的就是讓我非常興奮的一個應用領域，就是利用量子糾纏現象，將信息從一個點，瞬間傳送到另一個點，我們不再需要光纖、電纜這些傳播媒介。這可以大大降低基礎建設的成本，也就是全球性的量子即時無線信息網際網路。也許在不久的將來，當你想要看8K超清影片時，你只需要點擊一下滑鼠就能瞬時完成下載，或者說你根本不需要下載，因為信息的傳播不在延遲，所以我們只需要一個雲儲存，把所有喜歡的內容歸納收藏就可以了。
目前，在量子計算機上模擬我們說到的量子網絡，通過設置一些特定的網絡協議是完全可以實現的。其實量子力學的應用領域還有很多，包括航空航天、國防科技、醫學、通訊等等，廣泛的讓人無法想像！說不定哪一天，致力於研究量子力學的你也能成為其中某個領域的佼佼者！