摩尔定律提出：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
然而一方面由于每个存储单元都是一个非线性元件，若是其维持在“0”或“1”上，不受热涨落的影响，两种状态之间必定有一定的能量差，从而必定有一定的能耗。随着元件集成度的提高，单位体积内的散热增加。为了对抗更大的热涨落，只能进一步提高元件的能量差从而进一步增加能耗。由于材料散热速度有限，因此元件的集成度存在上限，故计算机的速度也存在上限（热耗效应）。另一方面，如果将元件做到纳米甚至更小尺度时，微观客体的运行机制将服从量子力学，从而会出现不同于经典世界的结果。参考观研天下发布《2018年中国超级计算机市场分析报告-行业运营态势与发展前景研究》
比如，经典世界中，存储器的状态非“0”即“1”（比特），但在量子世界中会出现“0”和“1”叠加状态（量子比特）。因此单个量子CPU具有强大的平行处理数据的能力，且其运算能力随量子处理器数目的增加呈指数增强。这将为人类处理海量数据提供无比强大的运算工具。
量子计算的研究和应用进展量子计算的研究兴起于20世纪70年代，针对计算机的热耗效应，Landauer认为只要消除计算过程中的不可逆操作，就不存在计算的能耗下限，于是人们提出不可逆计算机的概念。Benoiff最先提出了一个基于量子力学的可逆计算机模型。
1982年，Feynman指出，量子计算机可以用来模拟量子多体系统的演化，而这一任务是经典计算机做不到的。1985年，Deutsch建立了量子图灵机的模型。1994年，Shor提出一种量子算法，可以解决多项式时间内的大数因子分解问题。大数因子分解问题的难解性是目前广泛使用的公钥密码体系安全性的依据。如果采用经典计算机求解，目前所知的最佳算法是一个随着问题的规模计算步骤呈指数增长的算法。Shor算法的发现意味着，只要量子计算机一旦建成，现存的公钥密码体系将土崩瓦解。
1995年，Schumacher第一次提出了量子比特信息学上的概念，并创造了“量子比特”（qubit）的说法。
1997年，第一个基于量子计算机的核磁共振模型提出，下一年，核磁共振技术就运用到了2量子比特位的寄存器中，而到了2000年，寄存器中的量子比特数量在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室手中增加到了7个。
2001年，IBM利用核磁共振技术激活7枚核自旋体使其成为量子比特，在成功运行了上兆次之后，终于成功地将15质数分解为3×5，量子计算机第一次将使得量子计算变成了现实——整整10年之后，中国的科学家利用4个量子比特实现了分解143。
2005年，人们成功地在粒子阱中控制住了8个量子比特，到了2010年，人们已经可以在粒子阱中制造出14个处于纠缠态的量子比特。
在应用方面，2011年D-Wave推出了运行128位的一体量子计算机D-WaveOne，这被认为是世界上第一台商用化的量子计算机系统。2012年，D-Wave推出了512位量子计算机D-WaveTwo。2015年,D-Wave发布了基于chimeragraph架构的新一代1152位量子计算机系统D-Wave2X。然而D-Wave的机器并非通用量子计算机，仅仅只用运行优化算法，且并没有大规模的量子纠缠。
图：D-Wave2X量子计算机
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图：IBM50位量子比特原型机
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图：量子计算五大技术流派
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2015年7月，阿里巴巴就与中国科学院联合成立了量子计算机实验室。根据规划，到2025年，量子模拟将达到当今世界最快的超级计算机的水平，初步应用于一些目前无法解决的重大科技难题；到2030年，研制具有50~100个量子比特的通用量子计算原型机，自主研发物理层设计、制造及算法，全面实现通用量子计算功能，并应用于大数据处理等重大实际问题。
2017年5月，潘建伟教授团队联合王浩华教授团队发布了基于光子和超导体系的量子计算机研究方面的突破性进展。在光学体系，在实现十光子纠缠操纵的基础上，利用高品质量子点单光子源构建了世界首台超越早期经典计算机的单光子量子计算机。在超导体系，研究团队打破了之前由谷歌、NASA和UCSB公开报道的九个超导量子比特的操纵，实现了目前世界上最大数目(十个)超导量子比特的纠缠，并在超导量子处理器上实现了快速求解线性方程组的量子算法。
图：超导量子计算机路线图
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2018年2月，中科院与阿里云在超导量子计算方向发布11比特的云接入超导量子计算服务。这是继IBM后全球第二家向公众提供10比特以上量子计算云服务的系统。该服务已在量子计算云平台上线，在云端实现了经典计算仿真环境与真实量子处理器的完整后端体验。
2018年3月，百度宣布成立量子计算研究所，开展量子计算软件和信息技术应用业务研究，悉尼科技大学量子软件和信息中心创办主任段润尧教授出任百度量子计算研究所所长，直接向百度总裁张亚勤汇报。计划五年时间里在百度组建世界一流的量子计算研究所，并在之后五年将量子计算逐渐融入百度的业务中来。
量子计算未来应用领域
基于更高的计算能力和更低的能耗，量子计算可以完成经典计算机几乎不可能完成的计算难题，诸如大数分解、复杂路径搜索等。以量子计算为基础的信息处理技术的发展有望引发新的技术革命，为密码学、大数据和机器学习、人工智能、化学反应计算、材料设计、药物合成等许多领域的研究，提供前所未有的强力手段，对未来社会的科技、经济、金融，以及国防安全等产生革命性的影响。
在D-Wave的一份官方PPT中，公司的CTO认为，量子计算机最具颠覆性和吸引力的就是在分子维度上模拟自然，它在制药、化工还有生物科技等领域都有着广阔的应用，由此，量子计算可以撬动涵盖上述3个总价值3.1万亿美元的市场。图：量子计算在制药，化工和生物科技市场规模达到3.1万亿美元
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在天气气候方面，量子计算在处理计算大规模数据方面的优势使得人们对于天气气候模型的认识了解更深入及时，带来更准确的天气气候预报，而更准确的预报必然提高自然气候灾害的预防力度和治理效率。
量子计算同样能够推动人工智能和机器学习等的演化进步，从而实现高科技技术之间的协同效应。量子计算能突破人工智能算力瓶颈，拓展人工智能应用场景。
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