量子物理学描述了原子和亚原子粒子（如电子和光子）的行为。量子计算机通过控制这些粒子的行为展开运行，这与常规计算机完全不同。

而且，量子计算机并非我们现有计算机的增强版本，就像灯泡并非增强版的蜡烛一样。没有人能通过提升蜡烛的性能来制造灯泡。

量子计算机是一种全新的设备，它基于量子物理学，尤其是量子叠加的概念。

在普通计算机中，数据以“位”为单位储存。一位则代表一条信息，能够以两种状态存在，即“0或1”。量子计算则使用“量子位”（qubit）。这些是具有两种状态的量子系统。但是，与通常的位不同，它们可以存储的信息远远不止0或1，因为它们能够以这些值的任何叠加形式同时存在，即“0和1”。

为了说明这一点，请想象一个球体。传统的位能够以两种状态存在，就像球体两个极点中的任何一个。与此相对，量子位则可以是球体上的任何点。您可以在此查看示意图。

得益于这种违反直觉的现象，具有多个量子位重叠的量子计算机可以同时处理大量潜在结果。计算的最终结果仅在测量了量子位后才出现，这将立即导致其量子态“崩塌”为0或1。

这意味着，与传统计算机相比，使用量子位的计算机可以存储和处理更多数量的量子信息，并且使用更少的能量、位和更小的空间。

量子计算具有许多令人振奋的潜在应用领域。一个重要的例子便是人工智能。人工智能采用“从经验中学习”原理，即随着反馈的增加，它会变得越来越准确，直到计算机程序表现出“智能”属性。

此类反馈基于对众多可能选项概率的计算，因此量子计算十分适用于人工智能，这将使其能够更快执行这些计算。

例如，洛克希德马丁公司（Lockheed Martin）计划使用其D-Wave量子计算机来测试目前对于传统计算机而言过于复杂的自动驾驶软件，而Google则正在使用量子计算机来设计可区分汽车与地标的软件。 [1]

量子计算同样对我们意义重大，它可以令量子化学具有解决“现实世界”问题的能力，由此改变科学研究。

分子的设计和分析是一个具有挑战性的问题，这是因为即使对于最先进的超级计算机而言，要准确描述和计算分子中所有原子的量子特性，同样是一项计算难题。

“量子化学使我们能够在计算机上模拟复杂的实验，以了解潜在的自然现象。”Harbach说，“这可以帮助我们做很多事，从加快全新候选药物的识别，到使太阳能电池等材料更为高效。其应用领域尤为多样。但到目前为止，尽管这些算法非常高效，我们依然必须在有限的传统计算硬件上运行它们。”

“问题在于，大多数量子化学问题都随系统规模成倍增长，并且传统计算机难以应对这种指数级增长。因此，这些永远无法令量子化学解决‘现实世界’问题。这种固有的局限性只能通过技术范式的转变来克服，这就是量子计算前途无量的原因。”