前言
一切所谓的真实皆由我们视为不真实之物构成。
尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）[1]
说到计算机，大多数人想到的都是笔记本电脑，也有人可能会想到更大型的机器，比如支撑网络的服务器、互联网和云等。环顾四周，你也许还能在其他地方看见计算机。举个例子，现在的大部分汽车装有20～100台计算机，这些计算机控制着汽车的运动和制动系统、监控着汽车空调和车载娱乐系统等。
智能手机也是计算机，很多人每天在智能手机上花的时间比在其他许多东西上花的时间都多。现代手机内部使用了64位[1]处理器，但这里先不谈“64位处理器”是什么意思。运行所有应用程序所需的内存空间约为3 GB，也就是3吉字节[2]。“吉”是什么，“字节”又是什么？
[1] 位，即bit，也译作“比特”，本书在不同的语境中会使用不同的译法。—译者注
[2] 吉字节，即gigabyte，也常称为“千兆字节”。—译者注
所有这些计算机都是经典计算机（classical computer），其最初的设计思路可以追溯到20世纪40年代。用更科学的说法，我们说这些计算机具有冯·诺依曼架构（von Neumann architecture），其得名于数学家兼物理学家约翰·冯·诺依曼（John von Neumann）。
当然，现在早已不再是20世纪40年代，但直到今天，我们日常生活中很多地方使用的计算机都仍旧是这种机器的现代版本。计算机中负责“思考”的组件是处理器。近年来，处理器的运行速度越来越快，计算机的内存空间也越来越大，这让我们可以运行更多、更大的应用程序，这些程序可以完成相当复杂的任务。图形处理器的发展为我们带来了越来越好的游戏体验。过去20年来，存储器的规模迎来爆发式增长，让我们可以将越来越多的应用、照片和视频存储在我们日常携带的设备中。说到经典计算机及其发展方式，其趋势总结起来就是在追求“越多越好”。
对于支撑全世界的企业运营和互联网应用的计算机服务器，也可以得出类似的结论。你是否在云中存储过自己的照片？这个云究竟在哪里？你在云中保存了多少照片？成本如何？你能以多快的速度从那个“说不清、道不明”的地方存取你的照片和其他数据？
着实惊人，这都是计算机的力量。看起来每一代计算机都会变得越来越快，它们能为我们做的事情也将越来越多。在为我们提供娱乐方式、方便我们与朋友和家人的联系，以及解决其他重要问题方面，这些或大或小的机器似乎还将继续变强，没有尽头。
但……事实并非如此。
尽管还会继续出现一些进步，但始于20世纪60年代中期的“每两年处理器能力倍增”的趋势将难以为继。这种倍增趋势被称为摩尔定律（Moore’s Law），其大致意思是：“每两年，处理器的速度会翻倍，尺寸会减半，能耗也会减半。”
这里的“翻倍”和“减半”都是近似的，但物理学家和工程师在这几十年中确实取得了非凡的进步，也因此，现在你的腕表几乎可以装下比最初需要占满一个房间的计算机更强大的计算机。
关键的问题在于处理器尺寸会减半的部分。我们无法无限地缩减晶体管和电路的尺寸。当我们将其尺寸缩减到接近原子大小时，电子器件将变得非常拥挤，以至于当我们想让处理器的某部分执行某项任务时，其相邻的部分也会受到影响。
另外还存在一个更深层、更涉及基础本质的问题：我们多年前创造了一种架构并对其进行了极大的改进，就一定意味着使用这种架构的计算机最终可以成功解决每种类型的问题吗？换句话说，我们凭什么认为我们现在拥有的各种计算机能够解决每个可能出现的问题。如果我们一直坚持使用同一种计算机技术，“越多越好”的趋势是否将后继无力？我们的计算方式是否存在错误或局限，让我们无法取得我们所需或想要的进步？
对于最后一个问题，不管你思考的是这个问题的哪个方面，都可以合理地认为其答案介于“可能是”或“确实是”之间。
真是让人沮丧的答案。好吧，其实只有当我们想不出一种或多种有望突破这些局限的新型计算机时，这样的答案才让人沮丧。
而这就是本书要谈的东西。量子计算的思想至少可以追溯到20世纪80年代早期，是一种基于量子力学原理而提出的全新类型的计算机架构。而量子力学的思想可以追溯到约一个世纪前，尤其是20世纪20年代—那时候物理学家开始注意到实验结果与理论预测不符的现象。
但是，本书关注的不是量子力学。自2016年以来，已有数万用户能通过云服务使用量子计算硬件了。这种云被称为“量子云服务”。人们开始为新型的量子计算机编写程序，不过为量子计算机编程的方法与为经典计算机编程的方法完全不同。
为什么量子计算吸引了如此之多的人？我确信一部分原因是好奇心。来看看科幻领域吧！“量子”这个词在科幻电影中出现的次数实在太多了，以至于观众也很好奇这个词的实质是什么。
一旦我们度过了觉得量子计算新颖、有趣的阶段，我们就会问“好吧，这究竟有什么用呢？”，以及“这将在什么时候以怎样的方式改变我们的生活？”。我将介绍专家认为的未来几年和几十年里最可能实现的用例。
是时候了解量子计算了。是时候停用经典的思维方式，开始量子地（quantumly）思考了（尽管我相信，在英语中，quantumly并不是个真实存在的词）！