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进入21世纪，量子科技已逐步从实验室的概念演化为重构全球科技与产业版图的战略变量。过去一年中，谷歌"Willow"量子处理器和我国"祖冲之三号"芯片的相继亮相，不仅象征着量子计算正式从"物理实验"步入"工程实现"阶段，也预示着全球科技竞争正迈向一个全新的阶段。
量子计算作为一种全新的计算范式，为人工智能的发展提供了突破性的可能。当前的AI浪潮下，随着数据规模和模型复杂度的增长，AI模型的训练时间变长，优化效率降低，导致计算成本不断上升。而量子计算作为一种基于量子力学原理的新型计算方式，相比传统计算机，它在处理特定类型问题时拥有指数级的加速能力，有望成为现有计算体系的重要补充，从而解决目前算力瓶颈问题。
量子计算是量子力学与计算机科学相结合的一种通过遵循量子力学规律、调控量子信息单元来进行计算的新型计算范式。量子计算机在计算单元、信息处理方式及性能潜力方面均不同于经典计算机，从而使量子计算机具备了经典计算机无法比拟的信息表征能力和超强并行处理能力，在解决特定计算复杂问题上具备巨大的潜力，有望成为新一代计算范式。
量子计算以量子比特作为基础计算单元。传统计算机以比特作为基本单位，每个比特代表二进制的0或1，而量子计算采用量子比特进行计算，量子比特除表示0和1以外，还可以表示其中间态(称为"叠加态")。8个比特可以表示0到255之间的一个数字，而8个量子比特可以同时表示0到255之间任意一个数。
信息处理方式上，量子计算可以进行并行计算。经典计算按逻辑门规则(AND、OR、NOT)对信息进行处理，计算模式为逐步计算，单次计算只能处理1次任务。量子计算得益于态叠加原理，具备并行计算能力，即单次计算能处理2"(n为量子比特数量)次任务，从而大幅增加计算速度。
由于量子计算并行计算的特性，其性能潜力有望呈指数级增长。经典计算的计算能力与晶体管数量呈正比例关系，量子计算则受益于叠加态原理及并行计算，计算能力随量子比特数量的增加呈现指数级提升，从而极大的超越经典计算机的计算能力。理论上，1台n位(具有n个量子比特)的量子计算机的单位算力等于2"台n位经典计算机的单位算力，体现出"量子优越性"。2019年，谷歌发表论文并登上Nature封面，宣布首次实现量子优越性，其利用一台54量子比特的量子计算机用3分20秒完成了世界第一超级计算机需要计算1万年的计算任务。
由于量子计算并行计算的特性，量子计算有望成为当前算力体系的重要补充，从而有望成为未来算力的最终解答之一。尽管当前量子计算的硬件水平尚较难解决实际问题，但是指数级加速的并行计算能力对经典计算难以解答的复杂问题具有显著优势与巨大应用空间。自20世纪80年代初量子计算概念首次提出以来，以及20世纪90年代量子处理器超越传统处理器的巨大潜力日益明朗化以来，量子计算已从纯粹的概念或小规模实验阶段迈向了更成熟的阶段，从而实现产业从0到1的突破。量子计算的颠覆性不仅在于算力，更在于它从根本上动摇现代信息安全体系。Shor算法能在多项式时间内破解RSA加密，这意味着一旦实用化量子计算机问世，全球金融、军事、政务系统将面临"密码学末日"。
