20世紀60-70年代，人們發現能耗會導致計算機中的芯片發熱，極大地影響了芯片的集成度，從而限制了計算機的運行速度。發現能量消耗來源於計算過程中的不可逆操作。那麽，計算過程是否壹定要通過不可逆操作來完成呢？問題的答案是:所有經典計算機都能在不影響計算能力的情況下找到對應的可逆計算機。由於計算機中的每壹個運算都可以轉化為可逆運算，所以可以用量子力學中的幺正變換來表示。早期的量子計算機，其實是用量子力學的語言描述的經典計算機，並沒有利用量子力學的本質特征，比如量子態的疊加和相幹。在經典計算機中，基本信息單位是比特，運算對象是各種比特序列。同樣，在量子計算機中，基本信息單元是量子比特，運算對象是量子比特序列。不同的是，量子比特序列不僅可以處於各種正交態的疊加態，還可以處於糾纏態。這些特殊的量子態不僅提供了量子並行計算的可能性，也帶來了許多奇妙的性質。與經典計算機不同的是，量子計算機可以做任意的幺正變換，在獲得輸出態後，可以進行測量，得到計算結果。因此，量子計算極大地拓展了經典計算，在數學形式上可以看作是壹種特殊的量子計算。量子計算機對每壹個疊加的分量進行變換，所有這些變換都是同時完成的，並且按照壹定的概率幅度進行疊加，給出結果。這種計算叫做量子並行計算。除了並行計算，量子計算機的另壹個重要用途是模擬子系統，這是經典計算機力所不及的。
無論是量子並行計算還是量子模擬計算，本質上都是利用了量子相幹性。不幸的是，在實際系統中很難保持量子相幹性。在量子計算機中，量子比特不是壹個孤立的系統，它會與外界環境相互作用，導致量子相幹性的衰減，也就是退相幹。因此，要使量子計算成為現實，壹個核心問題就是克服退相幹。量子編碼是克服退相幹最有效的方法。主要的量子編碼方案有:量子糾錯碼、量子避錯碼和量子防錯碼。量子糾錯碼是經典糾錯碼的類比，是目前研究最多的壹種碼。其優點是適用範圍廣，缺點是效率低。
到目前為止，世界上還沒有真正的量子計算機。然而，世界各地的許多實驗室都在以極大的熱情追求這個夢想。實現量子計算的方案有很多，但問題是在實驗中操控微觀量子態真的太難了。目前提出的方案主要利用原子與光腔的相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋* * *振動、量子點操縱、超導量子幹涉等。很難說哪種方案更有前景，但量子點方案和超導約瑟夫森結方案更適合集成和小型化。在未來，現有的方案可能都沒用了，最後壹個全新的設計會脫穎而出，它是基於壹種新的材料，就像半導體材料對於電子計算機壹樣。研究量子計算機的目的不是用它來代替現有的計算機。量子計算機使計算的概念煥然壹新，這是量子計算機與光學計算機、生物計算機等其他計算機的區別。量子計算機的作用遠不止解決壹些經典計算機解決不了的問題。摘自科技日報