想象一下，一台内存比其表面物理尺寸大得多的计算机；一台能够同时处理一组指数级输入的计算机；一台能够在空间的黄昏地带进行计算的计算机。你会想到一个量子计算机。从量子力学中只需要相对简单的几个概念就能使量子计算机成为可能。微妙之处在于学会操纵这些概念。这样的计算机是不可避免的，还是会非常难以建造？
根据奇怪的量子力学定律，《发现》杂志的高级编辑福尔格指出--一个电子、质子或其他亚原子粒子 "同时在多个地方"，因为单个粒子的行为像波，这些不同的地方是原子可以同时存在的不同状态。
量子计算机有什么大不了的？想象一下，你在一栋大型办公楼里，你需要取回一个公文包，这个公文包被放在数百个办公室中随机选择的一个办公室里。就像你必须穿过大楼，逐一打开门才能找到公文包一样，一台普通的计算机必须穿越一长排的1和0，直到找到答案。但是，如果你不用自己去寻找，而是能够立即创造出与大楼里的房间一样多的自己的副本，所有的副本都可以在所有的办公室里同时被偷看，找到公文包的那个人将成为真正的你，而其他的人则直接消失。- (David Freeman, 发现 )
牛津大学的物理学家大卫-多伊奇（David Deutsch）认为，基于这种奇特的现实，也许可以建造一台极其强大的计算机。1994年，新泽西AT&T贝尔实验室的数学家彼得-肖尔（Peter Shor）证明，至少在理论上，一台完全开发的量子计算机可以在几秒钟内计算出最大的数字--即使是最快的传统计算机也不可能实现这一成就。现在，关于建造量子计算机的可能性的理论和讨论纷至沓来，渗透到所有量子领域的技术和研究中。
其根源可以追溯到1981年，当时理查德-费曼（Richard Feynman）观察到，物理学家在试图模拟一个会发生量子力学的系统时，似乎总是遇到计算问题。涉及原子、电子或光子行为的计算需要在今天的计算机上花费大量的时间。1985年在英国牛津，关于量子计算机如何工作的大卫-多伊奇的理论的第一次描述浮出水面。这种新设备不仅可以在速度上超过目前的计算机，而且还可以进行某些传统计算机无法进行的逻辑运算。
这项研究开始着眼于实际建造一个设备，随着位于新泽西州默里山的AT&T贝尔实验室的批准和额外资助，团队中增加了一名新成员。彼得-肖尔发现，量子计算可以大大加快整数的分解速度。这不仅仅是微电脑技术的一个简单步骤，而且可以为现实世界的应用提供见解，如密码学。
"蒙特利尔大学的吉尔斯-布拉萨德（Gilles Brassard）说："在隧道的尽头有希望，量子计算机有一天可能成为现实。量子力学在描述原子、电子和光子在微观层面的行为时，给出了一个意想不到的清晰度。虽然这些信息并不适用于日常的家庭使用，但它肯定适用于我们能看到的每一种物质的相互作用，这一知识的真正好处现在才开始被看到。
在我们的计算机中，电路板的设计是这样的：1或0由不同的电量表示，一种可能性的影响对另一种没有影响。然而，当引入量子理论时，问题就出现了，结果来自于存在于两个不同现实中的单一硬件，而这些现实相互重叠，同时影响着两个结果。然而，这些问题可以成为新计算机的最大优势之一，如果有可能以这样一种方式对结果进行编程，使不良影响被抵消，而积极影响则相互加强。
这个量子系统应该能够将方程编入其中，验证其计算结果并输出。研究人员已经考虑了几种可能的系统，其中之一是利用电子、原子或离子被困在磁场中，然后使用相交的激光器将被限制的粒子激发到正确的波长，第二次将粒子返回到它们的基态。可以用一连串的脉冲将粒子排列成可用于我们方程系统的模式。
麻省理工学院的Seth Lloyd提出的另一种可能性是使用有机金属聚合物（由重复原子组成的一维分子）。一个特定原子的能量状态将由其与链上相邻原子的相互作用决定。激光脉冲可以用来沿着聚合物链发送信号，两端会产生两种独特的能量状态。
第三个建议是用晶体代替有机分子，信息将以特定的频率存储在晶体中，可以通过额外的脉冲来处理。以两种状态（顺时针或逆时针）之一旋转的原子核可以用原子显微镜的尖端进行编程，要么 "读取 "其表面，要么改变它，这当然是信息存储的 "写入 "部分。"DiVincenzo说："随着尖端的反复移动，你最终可以写入任何想要的逻辑电路。
然而，这种能力是有代价的，因为这些状态必须与一切事物保持完全隔离，包括一个流浪的光子。这些外部影响会累积起来，导致系统偏离方向，甚至可能掉头，最后倒退，常常造成错误。为了防止这种现象的形成，出现了新的理论来克服它。一种方法是保持相对较短的计算时间，以减少出错的机会，另一种方法是将信息的冗余副本恢复到不同的机器上，并取平均（模式）的反应。
这无疑会放弃量子计算机的任何优势，因此AT&T贝尔实验室发明了一种纠错方法，将数据的量子比特编码到九个量子比特中的一个。如果九个中的一个丢失了，就有可能从通过的信息中恢复数据。这将是量子状态在传输前进入的保护位置。另外，由于原子的状态以两种状态存在，如果一个原子被破坏，只需观察原子的另一端就可以确定原子的状态，因为每一面都包含完全相反的极性。
将携带信息的门是研究人员今天主要关注的问题，这种单一的量子逻辑门和其部件的安排，以执行特定的功能。一个这样的门可以控制从1到0的转换，而另一个门可以取两个比特，如果两者相同，结果为0，如果两者不同，则为1。
这些门可以是在磁捕集器中的一排排离子，或者是通过微波腔的单个原子。这种单一的门可以在未来一两年内建成，但一个合理的计算机需要数百万个门才能实用。纽约大学的Tycho Sleator和UIA的Harald Weinfurter认为量子逻辑门是建立一个量子逻辑网络的简单步骤。
这些网络将只不过是一系列相互作用的网关。激光束照射在离子上会引起从一个量子态到另一个量子态的转变，这可以改变系列中可能的集体运动类型，因此可以用特定频率的光来控制离子间的相互作用。给这些阵列起的一个名字叫 "量子点阵列"，因为单个电子将被限制在量子点结构中，编码信息以执行数学运算，从简单的加法到这些整数的分解。
量子点 "结构将建立在微小的半导体盒子构造的进展之上，其墙壁将电子限制在材料的小范围内，这是控制信息如何被处理的另一种方式。该项目的主要研究人员克雷格-伦特（Craig Lent）将他的设计建立在一个由五个量子点组成的单元上，一个在中心，四个和在一个正方形的边缘，电子将在任一位置之间被引导。
将这些元素连接在一起将创建新的量子计算机所需的逻辑电路。这个距离足以创造出由这些单元组成的 "二进制导线"，一端的状态反转会引起连锁反应，使所有单元的状态沿着导线的长度反转，就像今天的多米诺骨牌传递惯性一样。关于这种技术的影响的猜测已经被讨论和梦想了多年。
关于他们争论的观点，可能造成潜在损害的一点是，计算速度将能够挫败任何安全方面的尝试，特别是国家安全局的数据加密标准现在将毫无用处，因为该算法对这样的机器来说是一个微不足道的问题。至于后半部分，这种梦幻般的现实首次出现在电视剧《量子跃迁》中，当提到齐格--他设计和编程的平行混合计算机--时，这种技术就很容易理解了，量子计算机的能力与该系列中的混合计算机如出一辙。
