簡單來說，普通電腦的計算過程採用的是二進位制系統，而量子態允許的是將更復雜的資訊編碼成單個數位。

以上是 IBM的新型量子計算原型機圖示，該計算機必須冷卻至接近零度的絕對溫度才能正常工作。

具體來說，量子計算機的主要構件是一個“量子位”，也就是說是一個量子物件，因此可以處於無數個狀態。任何具有量子特性的東西，如電子或光子，都可以作為量子位，只要計算機能夠隔離和控制它。

一旦在計算機內部形成，每個量子位就會被連線到能夠向其傳送電磁能量的機制中。而為了執行特定的程式，計算機會用到精確的指令碼序列，例如微波傳輸，並以一定的頻率和一定的時間段來調整量子位。這些脈衝相當於量子程式的“指令”，每條指令都會導致量子位的未測量狀態以特定方式改變。

此外，這些脈衝操作不僅能夠在一個量子位上完成，在系統中的所有量子位上也都可以完成，通常由每個量子位或一組量子位接收不同的脈衝“指令”。

一旦程式完成，也就是當數千甚至數百萬個脈衝完成後，就需要對量子位進行再測量以揭示計算的最終結果，從而導致每個量子位變成0或1，這就是量子力學中著名的“波函式崩潰”現象。

需要注意的是，量子計算機需要額外的量子位作為備份。因為如果一個量子位計算失敗，系統就需要與備份進行比對，從而將錯誤量子位恢復到正確的狀態。

這種糾錯也發生在普通計算機上。但量子系統中所需備份的數量要大得多。工程師估計，對於一臺可靠的量子計算機，所使用的每個量子位可能需要1,000個或更多的備份。由於許多高階演算法需要數千個量子位元才能開始，因此使用量子機器所需的量子位元總數（包括那些與糾錯有關的量子位元）可能要達到數百萬。

總而言之，量子計算領域還有許多未知因素。憑藉傳統的計算機技術，摩爾定律確保了每兩年左右的電晶體數量增加一倍。但是與量子機器相關的複雜電子學目前還沒有類似的預測，對此，許多工程師預計，在未來，人類仍將僅限於對具有相對較少量子位的機器（可能只有幾百個）進行應用。因此，他們也正在集中精力研究適用於預計在不久的將來可用的適度大小的量子系統的演算法。

量子計算機的突出優點是儲存能力強、運算速度快。量子計算的儲存能力驚人，一枚由250個原子構成的量子儲存器，可儲存資料量達到2的250次方，其數量比宇宙中已知的全部原子數目還要多。最新一代量子計算機採用1000個量子位元位，相當於“1000進位制”計算機，運算速度傳統計算機無法比擬。

當前，量子計算機的實用化、軍事化程序正在加速，主要軍事價值體現在3個方面：運用量子計算機等相關技術，可以快速破解敵方現行密碼，掌握資訊主動權；對海量情報資料進行實時分析和判斷，全面掌握戰場態勢，提高決策能力；用於複雜武器系統的研發過程，提高研發效率等。比如，量子計算可以對海量資料進行實時分析處理，加強戰爭預測、作戰方案制定與評估等能力，提高作戰規劃、指揮決策效率。

目前，量子技術已經呈現出廣闊的軍事應用前景。美國國防部高階研究計劃局專門制定“量子資訊科學與技術發展規劃”和研發量子晶片的“微型曼哈頓”計劃，加速推進量子技術的應用。目前中國量子技術世界領先

量子計算機技術涉及利用量子粒子作為一個替代位今天的電腦。 該理論的量子計算機始於20年前與保羅貝尼奧夫，物理學家在阿貢國家實驗室，誰使用的概念圖靈機作為一種模式的量子計算機。 一個圖靈機組成的一盤磁帶無限期長度可分為大小均勻廣場。 裝置能閱讀的空白和符號，在磁帶是用來指示一臺機器，使某一特定程式可以完成。

量子計算機的原理就是量子的疊加狀態，不確定性。一個計數器“量子位元”既可以是開，也可以是關，也可以是半開半關。

目前我們的計算機都是經典計算機，二極體計算機。二極體有兩種狀態，“開”和“關”，我們儲存的資料也就是用二極體的狀態來表示的。所有的資料都是以二進位制的方式存蓄在儲存器中。例如十進位制的“3”在電腦儲存器中的儲存佔兩個二極體表示為：“1.1”。即“開開”的狀態。然後cup去運算這些二進位制資料就有了我們電腦現在的一切功能。

而量子疊加狀態就表明了量子計算機將比二極體計算機強大一百倍甚至萬倍，因為其運算速度與量子儲存單元“量子位元”呈幾何倍數增長。例如一個量子儲存單元除了可以是經典的開與關狀態之外還可以開30%、40%、50%等。

這就好比一個人走迷宮。在每走到一個路口的時間經典計算機只能選擇一條路走，走不通在返回路口選擇另外一條路重新運算。而量子計算機就不一樣了，走在路口的時間每條路對他來說都是通的，他可以用影分身之術同時進行，同時走完所有的路而不是走不通了掉頭從新走。可怕不可怕。運算能力不知將翻多少倍。

目前為止還沒有造出真正的量子計算機，但已經在實驗研究了，就是這麼一個方向。大家拭目以待吧。

現在執行的計算機是屬於二進位制計算機，我們可以想象成計算機是用燈泡表示十進位制的數字，燈亮表示1，燈滅表示0，那麼一盞燈只能表示一種狀態，要不是亮，要不是滅。

但是量子計算機是應用量子糾纏的理論去設計的，一個量子可以有兩種狀態，而且根據量子力學可以知道這個量子兩種狀態都存在，好比薛定諤的貓既是活的也是死的，兩種狀態都存在，如果十進位制的數字10在傳統的二進位制的計算機應該表示成1010，也就是亮-滅-亮-滅，但是用量子計算機只要一個量子即可表示出來。舉一個例子：普通的計算機分解300位的數字質因數，需要從宇宙大爆炸算到現在也算不出來，但是量子計算機只是需要一分鐘。政府和銀行的密碼系統都是分解大數的質因數，如果量子計算機真的出現了，那麼現在密碼系統將不復存在。

更重要的一點是二進位制的計算機發熱量是個很大問題，比如騰訊和阿里巴巴的資料庫都是在貴州的湖底散熱的，但是量子計算機就散熱很好。

利用電子或原子的自旋態或者光子的偏振態表示0和1，進行二進位制超級疊加態的測量，得出可控精細能量級的計算結果。

普通的數字計算機在0和1的二進位制系統上執行，稱為“位元”（bit）。但量子計算機要遠遠更為強大。它們可以在量子位元（qubit）上運算，可以計算0和1之間的數值。假想一個放置在磁場中的原子，它像陀螺一樣旋轉，於是它的旋轉軸可以不是向上指就是向下指。

常識告訴我們：原子的旋轉可能向上也可能向下，但不可能同時都進行。但在量子的奇異世界中，原子被描述為兩種狀態的總和，一個向上轉的原子和一個向下轉的原子的總和。在量子的奇妙世界中，每一種物體都被使用所有不可思議狀態的總和來描述。

想象一串原子排列在一個磁場中，以相同的方式旋轉。如果一束鐳射照射在這串原子上方，鐳射束會躍下這組原子，迅速翻轉一些原子的旋轉軸。透過測量進入的和離開的鐳射束的差異，我們已經完成了一次複雜的量子“計算”，涉及了許多自旋的快速移動。

從數學抽象上看，量子計算機執行以集合為基本運算單元的計算，普通計算機執行以元素為基本運算單元的計算（如果集合中只有一個元素，量子計算與經典計算沒有區別）。

以函式y=f(x)，x∈A為例。量子計算的輸入引數是定義域A，一步到位得到輸出值域B，即B=f(A)；經典計算的輸入引數是x，得到輸出值y，要多次計算才能得到值域B，即y=f(x)，x∈A，y∈B。

量子計算機有一個待解決的問題，即輸出值域B只能隨機取出一個有效值y。雖然透過將不希望的輸出導向空集的方法，已使輸出集B中的元素遠少於輸入集A中的元素，但當需要取出全部有效值時仍需要多次計算。

量子計算機，顧名思義，就是實現量子計算的機器。要說清楚量子計算，首先看經典計算。經典計算機從物理上可以被描述為對輸入訊號序列按一定演算法進行變換的機器，其演算法由計算機的內部邏輯電路來實現。經典計算機具有如下特點：

其輸入態和輸出態都是經典訊號，用量子力學的語言來描述，也即是:其輸入態和輸出態都是某一力學量的本徵態。如輸入二進位制序列0110110，用量子記號，即|0110110＞。所有的輸入態均相互正交。對經典計算機不可能輸入如下疊加態：C1|0110110 ＞＋ C2|1001001＞。

經典計算機內部的每一步變換都演化為正交態，而一般的量子變換沒有這個性質，因此，經典計算機中的變換（或計算）只對應一類特殊集。

相應於經典計算機的以上兩個限制，量子計算機分別作了推廣。量子計算機的輸入用一個具有有限能級的量子系統來描述，如二能級系統（稱為量子位元（qubits））,量子計算機的變換（即量子計算）包括所有可能的麼正變換。因此量子計算機的特點為:

量子計算機的輸入態和輸出態為一般的疊加態，其相互之間通常不正交；

量子計算機中的變換為所有可能的麼正變換。得出輸出態之後，量子計算機對輸出態進行一定的測量，給出計算結果。

由此可見，量子計算對經典計算作了極大的擴充，經典計算是一類特殊的量子計算。量子計算最本質的特徵為量子疊加性和量子相干性。量子計算機對每一個疊加分量實現的變換相當於一種經典計算，所有這些經典計算同時完成，並按一定的機率振幅疊加起來，給出量子計算機的輸出結果。這種計算稱為量子平行計算。

無論是量子平行計算還是量子模擬計算，本質上都是利用了量子相干性。遺憾的是，在實際系統中量子相干性很難保持。在量子計算機中，量子位元不是一個孤立的系統，它會與外部環境發生相互作用，導致量子相干性的衰減，即消相干（也稱“退相干”）。因此，要使量子計算成為現實，一個核心問題就是克服消相干。而量子編碼是迄今發現的克服消相干最有效的方法。主要的幾種量子編碼方案是：量子糾錯碼、量子避錯碼和量子防錯碼。量子糾錯碼是經典糾錯碼的類比，是目前研究的最多的一類編碼，其優點為適用範圍廣，缺點是效率不高。

迄今為止，世界上還沒有真正意義上的量子計算機!

量子計算機與現有計算機的操作原理完全不同，這使得它們非常適合解決特定的數學問題，例如找到非常大的質數。由於質數在密碼學中非常重要，量子計算機很可能很快就能破解許多保證我們的線上資訊保安的系統。由於存在這些風險，研究人員已經在嘗試開發能夠抵抗量子駭客攻擊的技術，而另一方面，基於量子的密碼系統可能比傳統的類似物更加安全。

早在120多年前，國外的博爾和，薛定諤，愛因斯坦等，科學家，提出了量子理論，一直到現在，量子計算，以及量子通訊，全世界人都在研究，具體的量子計算機是怎樣工作的？首先要弄明白量子是什麼？量子其實就是一個單位，奈米以後的更小的一個單位，通訊和計算一般都採用光量子技術，是物理學量子裡面的一種，最早起源於雙縫干涉實驗所產生的現象，其實這個現象是一個自然的現象和規律，裡面有量子糾纏，量子分發，量子位元，等名詞，還有很多很多，繞彎彎的理論，100多年來，特別是近幾年中國的，量子技術，就連研究和講述量子技術的人，他自己都很難明白量子糾纏量子位元量子分發，特別是量子糾纏，怎樣實現？到實際應用中，最重要的一點，光量子技術，體積非常的龐大，應用於量子計算，比方說做成計算晶片，是沒有辦法縮小體積，一部分人，把量子技術給放大了，開啟百度，也很難找到量子計算機是怎樣工作的文章和和技術？這是量子科技工作者為什麼？不把這些詳細的技術公開，可能是因為秘密，也可能是因為沒想出辦法，目前的量子研究方法，和100多年前的沒有多大改變，只是改變了光源，目前可以採用鐳射，只有這點的差別