专家们相信，他们最终能够建造一台高性能的量子计算机。鉴于量子计算面临的技术障碍，例如纳米机的操作，或者在真空环境中或在低温下操作，近年来的进展很难夸上一夸。从长远来看，这些机器很可能通过解决目前无法实现的计算问题来塑造新的计算和业务范例。它们可以在密码学和化学(以及材料科学、农业和制药)等领域改变游戏规则，更不用说人工智能(AI)和机器学习(ML)。我们可以期待在物流、制造、金融和能源领域的其他应用。量子计算有可能像一个世纪前量子科学彻底改变物理学那样，彻底改变信息处理。
量子计算的全面影响可能还需要十多年的时间才能实现。但现在有一股更紧密的激变力量正在积聚，现在对于商业人士具有重要意义，并且承诺在未来五到十年内会发生重大变化。多家大型科技公司和初创公司正在进行的研究，其中包括IBM、谷歌，RigettiComputing、阿里巴巴、微软、英特尔和霍尼韦尔，已经在构建量子计算机系统方面取得了一系列技术突破。这些努力，加上*府资助的研发工作，几乎可以肯定的是，在中短期内将看到中型(如果仍然容易出错)量子计算机的发展，这些计算机可以用于商业，并具有产生首批实验发现的能力。已经有不少公司正在转向保护知识产权(IP)权利，并将自己定位于率先将其在量子计算领域的特定领域推向市场。每家公司都需要了解即将到来的发现将如何影响业务。未来几年，领导者将开始在这一新兴技术中占据一席之地。
量子计算机有何不同，以及它为何如此重要
第一批经典计算机实际上是模拟计算机，但事实证明这些计算机太容易出错而无法与数字计算机竞争。后代使用离散数字位，取0和1的值，以及一些基本门来执行逻辑运算。正如摩尔定律所描述的那样，数字计算机以更快的速度变得更快、更小、更强大。今天，典型的计算机芯片可以容纳大约20x位(或晶体管)，而最新的智能手机芯片可容纳大约6x位。已知数字计算机是通用的，因为它们原则上可以解决任何计算问题(尽管它们可能需要很长时间)。数字计算机在比特级别上也是真正可靠的，在次操作中误差不超过1次;更常见的错误来源是软件和机械故障。
量子计算机建立在物理学家RichardFeynman和DavidDeutsch在20世纪80年代的开创性思想基础上，利用了纳米级物质的独特性质。它们在两个基本方面与经典计算机不同。首先，量子计算不是建立在0或1的位上，而是建立在可以叠加0和1的量子位上(意味着0和1的部分同时叠加)。其次，量子比特不是孤立存在的，而是被纠缠在一起并作为一个整体存在。这两个属性使量子比特能够比传统计算机获得更高指数级的信息密度。
然而，有一个问题：量子比特很容易受到环境的干扰，这使得量子比特和量子比特操作(所谓的量子门)极易出错。纠正这些错误是可能的，但它可能需要大量的辅助计算，导致量子计算机很难扩展。此外，在提供输出时，量子态会失去所有的丰富性，并且只能产生一组有限的概率答案。将这些概率缩小到“正确”的答案本身就有挑战，而以一种使这些答案变得有用的方式构建算法本身就是一个完整的工程领域。
也就是说，科学家现在相信量子计算机不会遭受模拟计算机的命运，即被错误纠正的挑战所扼杀。但是，对于每个计算量子位，可能需要个纠错量子位确实意味着未来五到十年的开发可能会在没有纠错的情况下发生(除非在高质量量子比特表面上取得重大突破)。在理论不断进步的时代，基于这些所谓的NISQ(噪声中等规模量子)设备的实验也加入其中，这是本报告的重点。
新兴的量子计算生态系统
量子计算技术已经得到了很好的发展，并且实际应用已经近在眼前，一个由硬件和软件架构师和开发人员、贡献者、投资者、潜在用户和附属参与者组成的生态系统正在形成。以下是主要参与者的情况。
科技公司
几十年来，通常是*府资助的大学和研究机构活跃在量子计算领域。最近，正如其他技术(例如大数据)所发生的那样，一个定义越来越清晰的技术堆栈正在形成，各种私人技术公司都将自己定位于此。
堆栈的基础是量子硬件，其中构建执行计算的量子位阵列。下一层是复杂的控制系统，其核心作用是调节整个设备的状态并实现计算。控制系统尤其负责门操作、经典和量子计算集成以及纠错。这两个层在技术上仍然是最具挑战性的。接下来是一个软件层，用于实现算法(以及将来的错误代码)和执行应用程序。该层包括量子经典接口，可将源代码编译为可执行程序。在堆栈的顶部是更广泛的服务，致力于使公司能够使用量子计算。特别是它们有助于评估和将现实问题转化为量子计算机可以解决的问题格式。
实际参与者分为四大类。(见图1)
端到端提供商。这些往往是大型科技公司和资金充足的初创公司。在前者中，IBM一直是量子计算的先驱，并一直走在该领域的最前沿。该公司现在已经与其他几家领先的组织合作，这些组织可以在整个堆栈中发挥作用。谷歌和最近的阿里巴巴吸引了很多