量子計算機，早先由理乍得·費曼提出，壹開始是從物理現象的模擬而來的。可發現當模擬量子現象時，因為龐大的希爾伯特空間而資料量也變得龐大。壹個完好的模擬所需的運算時間則變得相當可觀，甚至是不切實際的天文數字。理乍得·費曼當時就想到如果用量子系統所構成的計算機來模擬量子現象則運算時間可大幅度減少，從而量子計算機的概念誕生。
量子計算機，或推而廣之——量子資訊科學，在1980年代多處於理論推導等等紙上談兵狀態。壹直到1994年彼得·秀爾（Peter Shor）提出量子質因子分解算法後，因其對於現在通行於銀行及網絡等處的RSA加密算法可以破解而構成威脅之後，量子計算機變成了熱門的話題，除了理論之外，也有不少學者著力於利用各種量子系統來實現量子計算機。
半導體靠控制積體電路來記錄及運算資訊，量子電腦則希望控制原子或小分子的狀態，記錄和運算資訊。
20世紀60年代至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。研究發現，能耗來源於計算過程中的不可逆操作。那麽，是否計算過程必須要用不可逆操作才能完成呢？問題的答案是：所有經典計算機都可以找到壹種對應的可逆計算機，而且不影響運算能力。既然計算機中的每壹步操作都可以改造為可逆操作，那麽在量子力學中，它就可以用壹個幺正變換來表示。早期量子計算機，實際上是用量子力學語言描述的經典計算機，並沒有用到量子力學的本質特性，如量子態的疊加性和相幹性。在經典計算機中，基本信息單位為比特，運算對象是各種比特序列。與此類似，在量子計算機中，基本信息單位是量子比特，運算對象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以處於各種正交態的疊加態上，而且還可以處於糾纏態上。這些特殊的量子態，不僅提供了量子並行計算的可能，而且還將帶來許多奇妙的性質。與經典計算機不同，量子計算機可以做任意的幺正變換，在得到輸出態後，進行測量得出計算結果。因此，量子計算對經典計算作了極大的擴充，在數學形式上，經典計算可看作是壹類特殊的量子計算。量子計算機對每壹個疊加分量進行變換，所有這些變換同時完成，並按壹定的概率幅疊加起來，給出結果，這種計算稱作量子並行計算。除了進行並行計算外，量子計算機的另壹重要用途是模擬量子系統，這項工作是經典計算機無法勝任的。
1994年，貝爾實驗室的專家彼得·秀爾（Peter Shor）證明量子電腦能做出對數運算，而且速度遠勝傳統電腦。這是因為量子不像半導體只能記錄0與1，可以同時表示多種狀態。如果把半導體比成單壹樂器，量子電腦就像交響樂團，壹次運算可以處理多種不同狀況，因此，壹個40位元的量子電腦，就能解開1024位元電腦花上數十年解決的問題。
編輯本段量子計算機的基本概念
量子計算機，顧名思義，就是實現量子計算的機器。要說清楚量子計算，首先看經典計算。經典計算機從物理上可以被描述為對輸入信號序列按壹定算法進行變換的機器，其算法由計算機的內部邏輯電路來實現。經典計算機具有如下特點：
其輸入態和輸出態都是經典信號，用量子力學的語言來描述，也即是:其輸入態和輸出態都是某壹力學量的本征態。如輸入二進制序列0110110，用量子記號，即|0110110＞。所有的輸入態均相互正交。對經典計算機不可能輸入如下疊加態：C1|0110110 ＞＋ C2|1001001＞。
經典計算機內部的每壹步變換都演化為正交態，而壹般的量子變換沒有這個性質，因此，經典計算機中的變換（或計算）只對應壹類特殊集。
相應於經典計算機的以上兩個限制，量子計算機分別作了推廣。量子計算機的輸入用壹個具有有限能級的量子系統來描述，如二能級系統（稱為量子比特（qubits））,量子計算機的變換（即量子計算）包括所有可能的麽正變換。因此量子計算機的特點為:
量子計算機的輸入態和輸出態為壹般的疊加態，其相互之間通常不正交；
量子計算機中的變換為所有可能的麽正變換。得出輸出態之後，量子計算機對輸出態進行壹定的測量，給出計算結果。
由此可見，量子計算對經典計算作了極大的擴充，經典計算是壹類特殊的量子計算。量子計算最本質的特征為量子疊加性和量子相幹性。量子計算機對每壹個疊加分量實現的變換相當於壹種經典計算，所有這些經典計算同時完成，並按壹定的概率振幅疊加起來，給出量子計算機的輸出結果。這種計算稱為量子並行計算。
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。遺憾的是，在實際系統中量子相幹性很難保持。在量子計算機中，量子比特不是壹個孤立的系統，它會與外部環境發生相互作用，導致量子相幹性的衰減，即消相幹（也稱“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消相幹。而量子編碼是迄今發現的克服消相幹最有效的方法。主要的幾種量子編碼方案是：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，是目前研究的最多的壹類編碼，其優點為適用範圍廣，缺點是效率不高。
迄今為止，世界上還沒有真正意義上的量子計算機。但是，世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。如何實現量子計算，方案並不少，問題是在實驗上實現對微觀量子態的操縱確實太困難了。目前已經提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋***振、量子點操縱、超導量子幹涉等。現在還很難說哪壹種方案更有前景，只是量子點方案和超導約瑟夫森結方案更適合集成化和小型化。將來也許現有的方案都派不上用場，最後脫穎而出的是壹種全新的設計，而這種新設計又是以某種新材料為基礎，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要用它來取代現有的計算機。量子計算機使計算的概念煥然壹新，這是量子計算機與其他計算機如光計算機和生物計算機等的不同之處。量子計算機的作用遠不止是解決壹些經典計算機無法解決的問題。
量子計算機是通過量子分裂式、量子修補式來進行壹系列的大規模高精確度的運算的。其浮點運算性能是普通家用電腦的CPU所無法比擬的，量子計算機大規模運算的方式其實就類似於普通電腦的批處理程序，其運算方式簡單來說就是通過大量的量子分裂，再進行高速的量子修補，但是其精確度和速度也是普通電腦望塵莫及的，因此造價相當驚人。目前唯壹壹臺量子計算機仍在微軟的矽谷老家中，尚在試驗階段，離投入使用還會有壹段時間。量子計算機當然不是給我們用來玩電子遊戲的，因為這好比拿激光切割機去切紙，其主要用途是例如象測量星體精確坐標、快速計算不規則立體圖形體積、精確控制機器人或人工智能等需要大規模、高精度的高速浮點運算的工作。在運行這壹系列高難度運算的背後，是可怕的能量消耗、不怎麽長的使用壽命和恐怖的熱量。
假設1噸鈾235通過核發電機1天能提供7000萬瓦伏電量，但這些電量在短短的10天就會被消耗殆盡，這是最保守的估計；如果壹臺量子計算機壹天工作4小時左右，那麽它的壽命將只有可憐的2年，如果工作6小時以上，恐怕連1年都不行，這也是最保守的估計；假定量子計算機每小時有70攝氏度，那麽2小時內機箱將達到200度，6小時恐怕散熱裝置都要被融化了，這還是最保守的估計！
又此看來，高能短命的量子計算機恐怕離我們的生活還將有壹段漫長的距離，就讓我們迎著未來的曙光拭目以待吧！~
科學家發現，脫氧核糖核酸（DNA）有壹種特性，能夠攜帶生物體各種細胞擁有的大量基因物質。數學家、生物學家、化學家以及計算機專家從中得到啟迪，目前正合作研制未來DNA計算機。這種DNA計算機的工作原理是以瞬間發生的化學反應為基礎，通過和酶的相互作用，將反應過程進行分子編碼，對問題以新的DNA編碼形式加以解答。 1995年首次報道科學家用“編程”DNA鏈解數學難題取得突破。和普通的計算機相比，DNA計算機的優點是體積小，但存儲的信息量卻超過目前任何計算機。它用於存儲信息的空間僅為普通計算機的幾兆分之壹。其信息可存儲在數以兆計的DNA鏈中。DNA計算機只需幾天時間就能完成迄今為止所有計算機曾進行過的任何運算。另外，它所耗費的能量僅為普通計算機的十億分之壹。 DNA計算機的功能之所以強大，就在於每個鏈本身就是壹個微型處理器。科學家能夠把10億個鏈安排在1000克的水裏，每個鏈都能各自獨立進行計算。這意味著DNA計算機能同時“試用”巨大數量的可能的解決方案。而電子計算機對每個解決方案必須自始至終進行計算，直到試用下壹個方案為止。 所以，電子計算機和DNA計算機是截然不同的。電子計算機壹小時能進行許多次運算，但是壹次只能進行壹次指令運算。DNA計算機進行壹次運算需要大約壹小時，但是壹次能進行10億個指令計算。人腦的功能介於兩者之間：壹小時進行大約10萬億次指令運算。DNA計算機把二進制數翻譯成遺傳密碼的片段，每個片段就是著名雙螺旋的壹個鏈。科學家們希望能把壹切可能模式的DNA分解出來，並把它放在試管裏，制造互補數字鏈，為解決更復雜的運算提供依據。
利用特定的DNA結構——DNA核酶可以構建各種DNA分子邏輯門，這為DNA計算機的發展奠定了基礎。
DNA計算是計算機科學和分子生物學相結合而發展起來的新興研究領域。
據中國科學院消息，中科院上海應用物理研究所的樊春海研究員與上海交通大學Bio-X中心的賀林院士、張治洲教授(現為天津科技大學教授)通過深入的學科交叉與合作，應用DNA核酶研制成功壹類新型的“DNA邏輯門”，為發展DNA計算機奠定了基礎。相關研究結果已發表在日前出版的著名化學雜誌《德國應用化學》上。
由於DNA分子具有強大的並行運算和超高的存儲能力，DNA計算將可能解決壹些電子計算機難以完成的復雜問題，而且也可能在體內藥物傳輸或遺傳分析等領域發揮重要作用。雖然DNA計算未來潛力無窮，但是當前仍然有許多瓶頸技術和基礎問題需要解決，其中基於DNA分子的邏輯門就是實現DNA計算的壹個重要基礎。
DNA核酶是壹種通過體外進化篩選出來的具有特定酶活性的核酸結構，在該項研究中采用的是具有DNA水解酶活性的DNA核酶。這種具有錘頭狀結構的核酶可以在銅離子輔助下催化氧化並切割底物DNA。DNA邏輯門即是在這種DNA核酶結構基礎上通過模塊設計(modular design)研制出來的。輸入信號通過特定的生物分子傳感可以產生輸出信號，從而實現“YES”、“NOT”等邏輯判斷，並可以組合成復雜的三輸入邏輯門“AND(A, NOT(B), NOT(C))”。“NOT”與“AND(A, NOT(B), NOT(C))”的組合是壹套通用運算符號，因此，理論上圖靈機的所有運算均可以通過其組合而實現。
該邏輯門系統的新特色在於排除以往DNA邏輯門設計中RNA核苷的參與，僅單純應用DNA分子，從而避免了RNA核苷帶來的系統不穩定性。相關研究結果已發表在3月出版的著名化學雜誌《德國應用化學》上(Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 1759.)。