全世界都在期待第一臺量子計算機的誕生。為了盡早實現這一個目標，無論是政府部門、大型科技公司還是眾多的初創企業都在不斷努力。

作為老牌科技公司，IBM顯然已經走在了前面。當地時間9月13日，IBM宣布，在自己的超導量子設備上實現了一種新的量子算法，這種算法可以模擬真實分子，能夠高效精確地計算出小分子電子的最低能態（energy state）。此次他們就用量子計算機推導了氫化鈹（BeH2）分子的最低能量狀態。該研究成為了《自然》雜志最新一期的封面文章。

　　《自然》雜志封面

在理解這次IBM團隊取得的成功前，你可能得先知道什么是量子模擬（quantum simulation）。簡單來說，由于量子計算機是基于量子力學基本原理運行的計算機，對于同樣遵循量子力學的微觀粒子體系，相比于傳統計算機使用一些方法去近似，量子計算機可以用很少的計算資源完美地模擬出體系狀態。

《自然》雜志的封面文章指出，量子化學是量子計算最有前景的應用之一，了解分子的能量狀態更是理解化學反應的關鍵。使用量子技術進行分子模擬就是發現化合物的基態，也就是最穩定的狀態。不過，要想真正了解一個分子的基態，研究者需要模擬每一個原子中的每一個電子是如何與其它原子核相互作用的，甚至還要模擬在如此小的尺度上發生的量子效應。迄今為止，人類只在量子設備上實驗模擬了最小的分子系統。

　　7個量子比特

這一次，IBM團隊的成功在于利用量子計算機的計算優勢創建了一種新算法，具有對大分子進行類似運算的潛力。具體來說就是，利用包含有7個超導量子比特（superconducting qubit）的量子處理器，通過將分子軌道（molecular orbitals）上的電子結構（electronic structure）映射到量子處理器上，可以計算出電子的最低能態。在IBM的實驗中，實驗的出錯率在2%到4%之間。

　　量子計算機模擬分子的過程

通過精確預測新分子的結構、推測新分子與其它化合物的反應，量子計算大大簡化了化學合成過程。換句話說，雖然模擬是一個微小的成功。但實際上，這是邁向用量子計算機進行復雜分子模擬的第一步。量子計算機的應用將為化學合成領域帶來重要的商業突破。

IBM的官方博客稱，相信不久的將來，隨著量子處理器集成度的增加，運算能力的發展，運用這項技術可以探索超出傳統計算機能力的復雜大分子，準確地預測其化學反應，這將極大的推動新化肥，新藥甚至是新的可再生能源的研究。

相比傳統計算機，量子計算機的最大區別在于：傳統計算機只能按照時間順序一個個地解決問題，而量子計算機卻可以同時解決多個問題。

傳統計算機使用的運算規則是二進制，用0和1記錄信息狀態。但量子計算機由量子狀態來描述信息，根據量子的特性它可以同時表示多種狀態，并同時進行疊加運算，因而擁有更快速的運算方式。

IBM在量子計算領域可謂是野心勃勃。在今年3月份，IBM就曾對外宣布，今年要推出全球第一個商業化量子計算云服務：IBM Q。這也是全球第一個收費的量子計算云服務系統。當時IBM表示，未來，新系統可以為全球的研究人員服務，處理傳統電腦無法解決的復雜計算，成為未來培育量子計算市場的關鍵。

除了IBM外，谷歌也是外界公認的量子計算領域的領頭羊。目前，谷歌已制造出9量子比特的機器，并計劃今年增加至49量子比特，實現“量子霸權”。