这些量子比特能够代替比特的原因是电路非常小，并且以巧妙的方式涉及超导性，允许你有效地实现单独的量子比特0和1。这就是这个设计的物理实现。这是谷歌量子计算机，目前，已有53个量子比特[注：演讲时间为2019年11月]。这里温度很低。你看到的大部分是制冷器，实际的计算机就埋在这里的某个地方，非常小。利用这种设备，谷歌最近宣布其已实现了量子霸权。也就是说，这种设备在相当短的时间内，几分钟内就能完成一些事情，而经典计算机，甚至是当今最强大的经典计算机，体积有一个房间大，都需要花费非常非常长的时间来完成。关于到底要多长时间还有争议，但明显要久得多。他们制作了一个量子系统，难以对其进行经典模拟。
但是，你应该非常谨慎，非常仔细地理解这个词，量子霸权。某种程度上，它像是在暗示量子将是至高无上的，经典计算机将很快过时。根本不是这样的。事实上，量子霸权的整个概念是一个有趣的概念，因为我知道如何使用一个具有量子霸权的原子来设计量子计算机，并实际解决一个有用的问题，而不像谷歌，它是非常人工的。比如，这是一个碳原子，只是一个原子。它包含六个电子。它是一种非常有趣的原子，在技术上非常重要。在我们的生活中，我们的生活是由碳构成的。碳分子是有机化学的基础。没有经典计算机，也没有已知的量子计算机能像碳原子那样快地计算碳是如何与光相互作用的。我们无法计算。但碳原子能告诉我们，如果加热一个碳原子，会放出什么颜色的光。因此，这里传达的信息是，尽管有量子霸权这个词，但我认为技术是在演化的，而不是革命。我们会发现量子计算机将对越来越多的任务有用，但不会突然接管整个世界。
我要提到的第三种方法我特别喜欢，它特别有趣，物理学上称之为编织。用扭结来计算的历史可以追溯到南美洲的古印第安人。他们用扭结的数量和种类来表示数字。你可以用绳子来表示数字，互相发送信息，并用这些绳子进行计算。很明显，当你把物体缠绕在一起时，扭结会变得非常非常复杂。任何试图编精美发辫，甚至任何淋浴后想整理头发的人，都了解描述和控制缠绕的发辫有多么复杂。所以你可以在里面编码很多信息。如果你有合适的物理实体，电路，或者更高级的设备来掌控其缠绕方式，它们被称作任意子，然后你便可以用任意子来存储和处理信息。它们在其量子力学波函数中记录它们的历史。我的朋友和同事潘建伟在人工实现任意子的小规模电路上做出一些开创性实验。
任意子的量子模拟
正如我所说，通用量子计算机可能还有很长的路要走。然而，可为我们所用的量子单元可能会更快地到来。在经典计算机领域，人们设计图形处理器GPU来执行电脑游戏中的特殊操作，从而能够非常快地处理涉及屏幕上所有像素的许多简单计算。通用计算机要处理很多不同种类的任务，因为它们必须是通用的，所以它们对单一任务的处理速度要慢得多。
量子处理器、量子计算机，即使很小，但对于某些测试，得益于量子比特的能力，仍然能做得很好。所以，可以有一种混合设计，即一台经典计算机，它可以处理很多事务——很多经典计算机已经擅长的事情，
但是偶尔也需要一台量子处理器来完成特殊任务。我想这种应用方式很快就会出现。在现场的Peter Zoller就率先做出了这方面的努力。对于年轻人来说，在物理工程领域有着巨大的创造力和创新空间。这些量子模拟器，你可以认为就是现代的、量子版本的风洞。在飞机设计的早期，某种程度上今天人们仍然会通过风洞来模拟、测试可能的设计，而不是建造一架全尺寸的飞机。同样，我们可以在量子模拟器上模拟制造分子的条件，而不需要去化学实验室制造真正的分子。
另一种可能更容易理解和记忆的说法是，我们期望量子模拟器，小的量子比特集合，能够非常擅长于量子力学。尽管经典计算机很难精确地完成量子力学，因为量子比特变得非常复杂、非常快。如果为了制造新材料或新分子，你想计算许多相互作用的量子单元的性质，那么从量子比特这个方向寻找方案，并把量子比特当作计算单元可能会极其有帮助。已经有一些与量子模拟器使用相关的具体想法，这要比试图制造一台全能的图灵机容易得多。
至此，我们已经讨论了作为奇特新脑的数字计算机和量子计算机。量子计算机是用物理概念（与人类大脑很不同）来体现信息和思想的奇特新方法。我想再讨论一个领域，近年来这一领域取得的成功令人印象深刻，其更接近于人类大脑的工作方式，但是却是人工的和工程的。它被称为神经网络。
到目前为止，我讨论过的计算机，以及各种奇怪的“脑”，在设计和概念上与人类思维有很大不同。它们处理的符号、抽象和物理元素与人类大脑的工作方式完全不同。生物学的运作方式是不同的，它使用的单元速度慢得多，但各单元之间的连通性比人工机器、电子计算机或任何现有量子计算机设计中的连通性要高得多。它有分层的体系结构和巨大的并行性，这与你在计算机芯片中发现的完全不同。
