1. 正在迎来极限的现代计算机
从我们平时使用的个人电脑，到世界最快的超级计算机「富岳」，所有的经典计算机都是以「 比特（Bit） 」为单位来处理信息的。 比特只能拥有开关的「开（1）」或「关（0）」其中一种状态。无论是复杂的计算，还是巨大的图像，一切都是作为这种「0与1的庞大排列」被顺序处理的。
然而，在半导体微缩化正逐渐接近原子尺寸的现代，「摩尔定律（半导体性能的提升）」正面临着物理极限（如由于量子隧道效应导致的电流泄漏等）。 为了突破这一极限，使用完全不同的物理定律来进行计算的方法，便是「 量子计算机 」。
2. 量子力学的魔法「叠加」
量子计算机的最小单位不叫「比特」，而被称为「 量子比特（Qubit） 」。 量子比特最大的特征在于，它利用了量子力学中「 叠加（Superposition） 」的性质。
与经典比特确定为「0」或「1」之中的 某一个 不同，量子比特可以同时保持 「既是0，也是1」这种模糊的状态（概率性的叠加） 。
- 2比特的经典计算机一次只能表现「00, 01, 10, 11」之中的 1种 。
- 但是，如果使用2个量子比特，就可以让这 4种所有的状态同时 存在。
如果变成300个量子比特，就能在一瞬间同时计算出比宇宙中存在的原子数量还要多的状态（2的300次方）。量子计算机压倒性计算能力（量子并行性）的源泉就在于此。
3. 让爱因斯坦也感到困扰的「量子纠缠」
另一个重要的量子现象是「 量子纠缠（Entanglement） 」。 这是一种诡异的现象：两个量子比特被强大的纽带连接在一起，无论相隔多远，「只要观测其中一个的状态并使其确定，另一个的状态也会瞬间确定」。
在量子计算机内部，利用这种「量子纠缠」使多个量子比特相互协作，执行复杂的计算算法（干涉）。 通过在计算的最后进行「观测」，让不需要的答案（概率波）相互抵消，只有正确答案的概率被放大并输出，这就是它的机制。
4. 量子计算机擅长什么？
量子计算机并不是万能的魔法箱。像上网冲浪或视频剪辑这样的日常工作，现在的计算机要擅长得多。 量子计算机所擅长的是「 从庞大的组合中，探索出最佳答案的问题 」。
被寄予厚望的领域
- 创药与新材料开发 ：因为分子和化学反应本身具有量子力学行为，所以能够极其精确且高速地进行药物模拟。
- 优化问题 ：例如「数千辆卡车如何高效配送的路线」或「金融产品的最佳投资组合」等，变量过多连超级计算机也无法计算的问题，有望被瞬间解开。
现代密码的崩溃（秀尔算法）
目前，保护互联网通信（如HTTPS等）的「RSA加密」，是建立在「巨大数字的质因数分解，即便是超级计算机也需要数万年」这一前提下来确保安全的。 然而，在数学上已经证明，如果使用针对量子计算机的「秀尔算法（Shor’s algorithm）」，只需几小时到几秒钟就能将其破解。因此，现在全世界都在加紧向「抗量子计算密码（PQC）」过渡。
5. 量子霸权与当前的课题
2019年，Google宣布其自家的量子计算机「Sycamore」仅用200秒就解开了世界最快超级计算机需要1万年才能完成的计算，并宣告实现了「 量子霸权（Quantum Supremacy） 」。
但是，走向实用化还有巨大的障碍。那就是「 噪声（误差） 」。 量子比特的「叠加」状态极其脆弱，稍微受到热量或磁场的影响就会立刻被破坏。因此，需要将其冷却到接近绝对零度（零下273度）的极低温的巨大装置。 目前成为主流的是包含误差的中等规模量子计算机（NISQ），据说要完成能够进行误差自我纠正的真正「容错量子计算机」，还需要10年以上的岁月。
6. 总结
量子计算机是将爱因斯坦和薛定谔等物理学巨人们建立的量子力学理论，作为工程学付诸实用的属于人类的宏大挑战。 正如个人电脑孕育了互联网，智能手机孕育了SNS一样，当量子计算机被实用化时，毫无疑问将诞生出我们无法想象的全新未来技术。