1936年，艾伦·图灵提出了图灵机，它成为有关计算与计算机理论的基础性参照点。大约在同一时期，康拉德·楚泽发明了Z1计算机，被视为第一台电磁二进制计算机。
此后的历史众所周知，如今计算机已无处不在。即便与20世纪末相比，我们的生活也已发生巨大变化，几年前的台式电脑，其处理器性能远不及今天的手机中央处理器。物联网的出现使计算能力渗透到我们生活的每个细节。万维网对社会产生了深刻的变革，以至于许多人已经无法想象上网之前的生活。
这一变革的主要推动力，是硅的发现及其在优质晶体管生产中的应用。这一过程历时逾100年，始于迈克尔·法拉第于1833年首次记录半导体效应，经由莫里斯·坦南鲍姆，他于1954年在贝尔实验室制造出首个硅晶体管，直至1960年出现首个集成电路。
在追求研发下一代计算机的道路上，我们即将踏上一段类似的历程。量子物理学诞生于20世纪初，其威力强大，又与此前所知的任何事物截然不同，以至于即便是其发明者也难以深入理解。
未来的历史
20世纪80年代初，理查德·费曼、保罗·贝尼奥夫和尤里·马宁为量子计算的全新范式奠定了基础，提出量子计算有潜力解决“经典计算”无法解决的问题。量子计算由此自成一派。
彼得·肖尔于1994年发表了一种算法，能够高效解决密码学中经典计算机难以求解的问题经典计算机——也就是当今绝大多数的计算机。事实上，肖尔算法至今仍对全球大多数已部署的加密体系构成威胁。
问题在于，1994年时，量子计算机尚无踪影。1997年，首台微型量子计算机问世，但直到加拿大初创公司D-Wave于2007年推出其28量子比特量子计算机，该领域才真正起步。
与非量子通信从发现到大规模应用历经100多年的轨迹相似，量子计算机如今正以极快的速度走向成熟。当前，诸多参与者正竞相抢先研制出首台强大的量子计算机。其中包括IonQ、Rigetti、IBM、谷歌、阿里巴巴、微软和英特尔等商业实体，几乎所有主要国家也都在量子计算的研发与研究上投入数十亿美元。
量子计算机威力巨大，但研制难度极高，因此谁能率先破解这一难题，谁就将获得持久而强大的优势。这一点再怎么强调也不为过。以下是量子计算威力的一个惊人例证。
要破解广泛使用的RSA 2048位加密，每秒执行一万亿次运算的经典计算机大约需要300万亿年。时间如此漫长，我们因此都感到非常安全。
使用肖尔算法的量子计算机，若每秒仅执行100万次运算，就能在短短10秒内完成同样的任务。这就是量子计算机的威力：300万亿年对比10秒。
各国之所以在该领域投入如此巨额资金，另一个原因恰恰在于其难度极高，因此任何突破都将直接带来持久优势。
那么，量子计算机目前处于什么阶段，又将走向何方？
量子计算：一个持续推进的过程
考虑到研制量子计算机所面临的巨大挑战，我认为我们目前大致处于经典计算机1970年前后所处的阶段。我们已拥有一些量子计算机，但与当今标准相比，它们仍然相当不可靠。我们将其称为NISQ设备，即含噪中等规模量子设备。之所以称为“含噪”，是因为它们性能相当欠佳；之所以称为“中等规模”，是因为其量子比特数量较少。但它们确实能够运行。目前有若干台公用量子计算机，任何人都可以在上面编程。IBM、Rigetti、谷歌和IonQ均提供公共访问服务，并配备开源工具，可用于真实的量子计算硬件。IBM甚至出售一种可部署在自有数据中心内的量子计算机（即IBM Q System One）。
但这些设备目前尚不足以破解RSA 2048位密钥，很可能还需要10至20年才能做到。
以1970年作为参照的时间点，还可以从另一个角度来理解。1969年10月，研究人员通过互联网发送了第一条消息（当时它被称为ARPANET）。他们试图发送“login”一词时，系统在发出“l”和“o”之后崩溃。随后系统恢复，消息最终成功发送。
如今，我们还在构建一种量子通信系统，它不传输比特与字节，而是传输量子计算机能够理解的量子态。这对于构建量子版互联网至关重要。
这一点作为通信加密的一种手段也同样重要，因为量子信道在传输方面提供了一些固有的物理保障。无需过多展开，其根本特性在于：窃听或监听通信的简单行为，将会被通信双方察觉。这并非因为他们拥有复杂的系统配置，而是源于量子信道的基本特性。
不过，量子计算机的用途远不止密码学应用与通信。其中最直接的应用之一是机器学习领域，我们如今已处于量子优势的临界点——也就是说，量子算法将胜过任何经典算法。据信，机器学习领域的量子优势有望在未来6至12个月内实现。量子计算的近期应用几乎无穷无尽，包括密码学、机器学习、化学、优化、通信等诸多领域。而这仅仅是个开端，相关研究也正日益拓展至其他领域。
谷歌和美国国家航空航天局刚刚宣布，他们已实现“量子霸权”。这是指量子计算机能够完成经典计算机在合理时间内根本无法完成的某些任务的能力。他们的量子计算机在200秒内解决了一个问题，而全球最快的超级计算机则需要10,000年。
所解决的这一问题并无任何实际价值或意义，但它展示了量子计算机所蕴含的巨大潜力，以及在未来几年释放这一潜力的能力。
这开启了一个全新的时代，我们现在可以着手研制具有实际效益的量子计算机。尽管这一目标仍需多年才能实现，但它将成为计算领域的新前沿。
