从那时候起，研究者提出了很多不同的问题，证明量子计算机应该优于最好的超级计算机，并且提出了很多种能够分解问题的算法和步骤，以便于量子计算机能够通过它们来处理问题。这个明显的用途开启了一个持续多年的仅仅局限于安静的实验室和学术论文的国际竞赛。而今天，大企业都非常感兴趣，包括因特尔 (Intel)、惠普 (Hewlett-Packard)、谷歌 (Google) 以及微软，都有相关的科研项目。去年 IBM 发布了量子计算平台「量子体验 (Quantum Experience)」, 它可以让所有的用户在互联网上玩一个原始的量子计算机。政府也通过直接或者国防合同的形式向学术研究计划中投入资金，而且越来越多的初创公司也在依靠它们自己的在这个领域打拼。

一个足够大的能够解决彼得·秀尔博士当年所设想的事情的计算机也会在当下的许多棘手的问题中大有用处。尽管这只是一个遥远的愿景，但是朝着开发一个这样的计算机的所有努力都会有很大的裨益；一个更加简化、更加具有专用目的的计算机能够用于很多应用中。

一比特一比特的操作

使量子计算机的思想如此吸引人的不是它们比传统的计算机运行得更快——传统计算机在一些应用上可以很快，但是其他得不会很快，而是量子计算机本质上不同的工作机制。三个反直觉的概念在发挥作用。第一个就是叠加。今天的计算机所依靠的比特位都采用两个值，即 0 或者 1。而作为它们的量子模拟，量子比特 (Qubits) 可以被布置在最好能够认为是 0 和 1 的某种混合「状态」中。用这些奇怪的状态来解决计算问题就是让量子比特同时作为 0 和 1，某种感觉上来说，就是在计算的同时就产生了结果。

这种不确定状态的力量通过第二量子力学效应释放了出来，那就是量子纠缠。标准的计算机依靠将一个比特和下一个比特的完全分离来避免计算出错或者文档损坏。对一个量子计算机而言，多个量子比特的纠缠是数量巨大的；在最好的情况下，给定设备的所有量子比特都是相互纠缠的。另外，对一个量子比特的操作是对与之纠缠的所有量子比特的不同程度的操作。所以不能严格地根据其组成部分来描述这么一个机器。需要考虑一个量子比特是如何与相邻的量子比特连接的，以及下一个相邻的量子比特，以此类推，遍及所有相关的量子比特。描述一个 50 位的标准计算机的所有状态需要 50 位的数字存储器，而描述一个 50 量子位的量子计算机则需要一百万亿 (10^15)。

这变得更加奇怪了。尽管很容易想象出一个预测给定事件发生概率的方程，但是在量子力学中预测所谓的概率幅值是更加困难的，它实际上有可能是负的。在量子计算机处理的过程中，这些概率幅值相互干扰 (再一次像波一样)，正的和正的在一起，负的和负的在一起，本质上，这减小了答案出错的概率，增大了答案正确的概率。

开始选择是和一个问题的算法的时候就引发了一个问题。当量子比特的初始状态确定了之后，这个算法实际上就很明显了：这里是 0，那里是 1，那里是 0 和 1 的某种混合。然后计算就仅仅是在这个由叠加的、纠缠的量子比特所组成的系统中演绎量子力学定律了。改变状态、改变量子比特的耦合关系等等，呈现出了所有这些状态和组合一个巨大数量的交叉操作，伴随着概率幅值的增大和减小，直至系统达到一个表征最终答案的稳定状态。所以是一个设置问题和机器，从而达到以光速实现筛选所有可能性的事情。

制备量子比特的工作经常集中于对由超导线组成的微环路的利用，类似于标准计算机中的「门」电路。由电磁场包围的单电荷原子也能用来实现量子比特；二月份，一个国际研究者联合会发表了一个阱离子机 (trapped-ion machin) 的开源蓝图。几个组都在使用单光子作为量子比特——这种方法看起来能够容易地集成现有的半导体制备技术。微软的「拓扑」量子计算机则完全使用了另一种东西：「任意子 (anyons)」，这是一种比其他的量子比特候选粒子更加容易操纵的粒子，但是这种粒子从没有出现在理论物理课本之外。

制备一个光量子不再困难。问题是如何处理它。光量子的状态是非常精细的，需要与实验中的一切实际的东西完全隔离。但是隔离永远不会是完全的，并且会出现错误；对于要取得成功的计算任务，这一点必须受到注意并且被纠正。已经很明确，随着计算机规模的扩大，逻辑光量子 (实际中做计算的那部分) 的数量相比用来进行错误矫正和命令控制的光量子要小很多，大概几千倍。要实现秀尔博士的用以解密的著名算法，大概需要一百万光量子。