如果把现在传统的电子计算机比作自行车，那么，量子计算机就好比飞机。量子计算机为何可以成为计算机界的“战斗机”?这与它的计算原理密切相关。现有的电子计算机，1个物理比特只能存储1个逻辑态——或者0，或者1。而量子计算机利用的是量子的相干叠加原理，可以制备在两个逻辑态0和1的相干叠加态，换句话讲，1个量子比特可以同时存储0和1。这意味着什么呢?意味着量子计算机的处理能力将随着比特数的增加而呈指数级上升。量子计算机有N个比特，就可以一次对2的N次方个数进行数学运算，相当于经典计算机算上2的N次方次。量子计算计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长，这可以为经典计算机无法解决的大规模计算难题提供有效解决方案。“分解300位大数，利用万亿次经典计算机需要15万年，利用万亿次量子计算机只需要1秒。”
潘建伟预测，2020年左右超导量子计算机就可以操纵50个量子比特，届时就可以实现“量子称霸”，在处理一些特定问题的能力上超越经典计算机中计算能力最强的超级计算机。10年内量子计算机将可能实现对100个粒子的相干操纵，届时它处理特定问题的能力就可以达到现有最强超级计算机的百亿亿倍，或者目前全世界计算能力总和的百万倍。正是由于量子计算的巨大潜在价值，欧美各国都在积极整合各方面研究力量和资源，开展协同攻关，同时，大型高科技公司如谷歌、微软、IBM等也强势介入量子计算研究。中国科学家也加入了这场角逐，并取得了相当亮眼的成果，并对下一步发展进行了部署。潘建伟介绍，我国将要启动的人工智能2.0计划中，就有量子人工智能的专门部分，其技术基础就是量子计算机。
而在这之前，“我们首先要通过三五年努力，实现量子称霸，让量子计算机在某些特定问题上超越经典超级计算机”。在实验室里，陆朝阳带记者参观了光量子计算机。光量子计算机包含3个主要部分。第一部分是单光子源，在零下269摄氏度的低温中，这个设备通过激光激发量子点，每次产生一个高品质的单光子，是国际上最高品质和最高效率的单光子源。“目前我们搭建的这个设备是国际上综合性能最优的，产生的单光子品质比国际第二名要高10到100倍。”陆朝阳自豪地说。第二部分是超低损耗光量子线路。单光子通过开关分成5路，通过光纤导入主体设备光学量子网络。第三部分是单光子探测器，探测矩阵中得到的量子计算结果。多粒子纠缠的操纵作为量子计算的核心资源，一直是国际角逐的焦点。
在光子体系，潘建伟团队在多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平，并于2016年底把纪录刷新至10光子纠缠。光量子计算机就是在这个基础上，团队利用自主发展的综合性能国际最优的量子点单光子源，通过电控可编程的光量子线路构建而成。顾名思义，量子计算机需要对量子进行高精度调控，这需要极低的温度。目前发展最快的三大量子计算机体系中，光量子计算机可以在室温下运行，但要在零下269摄氏度的低温中产生单光子;超导量子计算机的CPU芯片可以在常温下展示，但它的真正运行必须在接近绝对零度(零下273.15摄氏度)的环境中进行;超冷原子量子计算机更不负其名，所需的低温是三者中最低的，最接近绝对零度。“量子计算机可以实用化，未来全世界会有很多台，但不需要家家都有。”
潘建伟说，量子计算机可以和现有的经典计算机配合使用。以现有的手机终端为例，手机就是小型计算机，它要做成低温的量子计算机，会很难、也没有必要。“但你可以通过云计算平台，用手机把需要完成的计算任务送到云端，让后台的量子计算机来完成。”潘建伟表示，传统计算机能算好的问题，量子计算机不需要再去介入。量子计算机瞄准的，是传统计算机不能解决的难题，“比如玻色取样对经典计算机太难了，量子计算机在这方面就显得特别强大”。当量子计算机实用化以后，它能解决哪些实际应用领域的难题呢?密码分析、气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探、人工智能、大数据……总之，那些需要超大计算量的难题，交给量子计算机就对了!
