1. 逐漸逼近極限的現代電腦
從我們日常使用的個人電腦，到世界最快的超級電腦「富岳」，所有古典電腦都是以「 位元（Bit） 」這個單位來處理資訊。 位元只能擁有開關「開啟（1）」或「關閉（0）」的其中一種狀態。無論是複雜的計算，還是巨大的影像，全都是作為這「0與1的龐大排列」來依序處理的。
然而，在半導體微縮化逐漸逼近原子尺寸的現代，「摩爾定律（半導體效能提升）」正面臨物理極限（例如因量子穿隧效應導致的電流洩漏等）。 為突破這個極限，嘗試運用完全不同的物理定律來進行計算的方法，就是「 量子電腦 」。
2. 量子力學的魔法「疊加」
量子電腦的最小單位不是「位元」，而是被稱為「 量子位元（Qubit） 」。 量子位元最大的特徵，在於它利用了量子力學中「 疊加（Superposition） 」的性質。
相較於古典位元確定為「0」或「1」的 其中之一 ，量子位元卻能同時保持 「既是0，也是1」的模糊狀態（機率性的疊加） 。
- 2位元的古典電腦一次只能表現出「00, 01, 10, 11」當中的 1種 狀態。
- 但是，如果使用2個量子位元，就能 同時 擁有這 4種狀態 。
當這數量達到300量子位元時，就能在一瞬間同時計算比宇宙中存在的原子數量還要多的狀態（2的300次方）。量子電腦壓倒性計算能力（量子平行性）的源頭便在於此。
3. 讓愛因斯坦也感到困擾的「量子糾纏」
另一個重要的量子現象是「 量子糾纏（Entanglement） 」。 這是指2個量子位元被強烈的羈絆連結，無論相距多遠，只要「其中一方的狀態被觀測而確定時，另一方的狀態也會瞬間確定」這種令人覺得詭異的現象。
在量子電腦中，會利用這種「量子糾纏」讓多個量子位元相互協作，並執行複雜的計算演算法（干涉）。 透過在計算最後進行「觀測」，不要的答案（機率波）會相互抵消，並且只有正確答案的機率會被放大並輸出，系統就是這樣的機制。
4. 量子電腦擅長什麼？
量子電腦並不是萬能的魔法箱。對於像是上網或影片編輯這類日常工作，現在的電腦反而要擅長得多。 量子電腦所擅長的是「 從龐大的組合中，探索最佳解答的問題 」。
備受期待的領域
- 新藥與新材料開發 ：由於分子與化學反應本身具有量子力學的行為模式，因此能極度準確且快速地進行藥物模擬。
- 最佳化問題 ：像是「數千輛卡車最有效率的配送路線」或「金融商品的最佳投資組合」等，變數太多連超級電腦也無法計算的問題，有望能瞬間解開。
現代密碼的崩潰（秀爾演算法）
目前守護著網際網路通訊（HTTPS等）的「RSA加密」，是建立在「巨大數字的質因數分解，就連超級電腦也要花上數萬年」的前提下來確保安全性。 然而，若使用專為量子電腦設計的「秀爾演算法」，已經在數學上被證明能在數小時至數秒內將其破解。因此，現在全世界正急於轉移至「後量子密碼學（PQC）」。
5. 量子霸權與目前的課題
2019年，Google宣布自家的量子電腦「Sycamore」僅花費200秒就解開了世界最快超級電腦需耗時1萬年才能完成的計算，並宣告已證實了「 量子霸權（Quantum Supremacy） 」。
然而，要將其投入實用化仍有著巨大的障礙。那就是「 雜訊（錯誤） 」。 量子位元的「疊加」狀態極為脆弱，受到些微的熱或磁場影響就會立刻崩壞。因此，需要一台能將其冷卻至接近絕對零度（零下273度）極低溫的巨大裝置。 目前成為主流的是包含錯誤的中型量子電腦（NISQ），據說要完成能自我糾正錯誤的真正「容錯量子電腦」，還需要10年以上的時間。
6. 總結
量子電腦是人類將愛因斯坦、薛丁格等物理學巨擘所建立的量子力學理論，以工程學方式予以實用化的一項宏偉挑戰。 就像個人電腦孕育出網際網路，智慧型手機催生了社群媒體一樣，當量子電腦實用化時，肯定會誕生出我們無法想像的全新未來科技。