近年來 ， 量子計算和量子計算機在科學界和工業界都引起了大量關注 。 科學家們期望利用材料的量子性質 ， 來打破傳統計算機小型化的摩爾定律 ， 進而建立起新型的量子計算機 。 量子計算這一概念是著名物理學家理查德·費曼（Richard Feynman）在1981年首先引入的 。 該領域的早期創始人之一 ， 圖靈獎獲得者姚期智先生在1993年曾為量子計算理論基礎的建立做出過核心貢獻 。 2011年 ， 姚期智創建清華大學量子信息中心（CQI） ， 旨在將后者打造成為世界級的量子計算研究中心 。 在近期與《國家科學評論》（National Science Review, NSR）的一次對話中 ， 姚期智細數了量子計算的歷史 ， 并表達了他對該領域未來發展的看法 。 他認為 ， 量子計算機擅長的任務包括新材料設計、藥物設計以及化學反應模擬等方面 ， 但在傳統計算機已經被證明高效的領域 ， 是不太可能取而代之的 。
NSR：量子通信和量子計算受到媒體的廣泛關注 。 二者是兩個不同的概念嗎？
姚期智：量子通信和量子計算是兩個相互關聯 ， 但是彼此獨立的概念 。 量子計算所需的技術更為高級 。 驅動量子通信發展的主要目標是為保密通信建立密碼學保障 ， 在量子通信中 ， 從一地到另一地的待傳送信號不必是高度準確的 。 但量子計算卻要求信號的高準確性 。 在過去十幾年中 ， 谷歌等大型公司開發出了一些量子計算相關的新興技術 。 一般的看法是 ， 可用的技術將在未來五六年中出現 。 量子計算的理論基礎在20年前就已經建立了 ， 現在的問題是如何實現它 。
NSR：量子計算已然成為熱點話題 。 它的基本原理是什么？
姚期智：半導體電路小型化的快速發展使得傳統計算機的性能不斷提升 。 然而 ， 這個小型化存在一個固有極限——當芯片上電路元件的尺寸縮小到納米尺度時 ， 量子力學效應將會占據主導地位 ， 并影響元件的性能 。 這將是摩爾定律的終點 。
對于傳統計算機來說 ， 這是不可避免的命運；但是科學家們已經開始考慮 ， 能否把這種情況下有害的量子現象轉變為有益的——構建一個利用由薛定諤方程描述的量子力學邏輯進行計算的計算機 ， 而不再是利用布爾邏輯進行計算的傳統計算機 。 量子計算機這個理念是費曼在1981年首次提出的 。 他說 ， 原則上 ， 人們可以設計一種計算機 ， 該計算機通過量子力學特性來工作 ， 模擬量子系統并采用量子方程得到解 。 費曼的這個理念在學術領域引起了很大重視 。
傳統計算機通過集成電路利用雙值布爾邏輯（0和1）發揮功能 。 其計算是：把由比特表示的輸入點映射到更高層次 ， 通過多重映射 ， 得到輸出點以提供最終解 。 然而 ， 量子計算機的量子比特可以表示1、0或者這兩個態的任意疊加 。 量子計算機系統的計算類似于固體的旋轉；在這個類比中 ， 量子計算機的計算結果類似于測量固體旋轉所得到的讀數（旋轉角度可以是連續的任意角度） 。 傳統計算機的一個操作 ， 對應一個確定的路徑；量子計算機的一個操作 ， 可以沿著多個計算路徑進行 ， 而最終達到的是同一個目標 ， 因為量子波函數允許在同一時刻存在多個態 。 這個現象就是量子并行性 。 量子并行計算是量子計算機的速度可以遠快于傳統計算機的關鍵原因 。
NSR：就硬件設計而言 ， 傳統計算機與量子計算機的主要區別是什么？
姚期智：量子計算機是一個相對閉合的系統 ， 其計算幾乎能夠做到瞬時完成 。 基本上 ， 量子計算機表現得十分“羞怯”：一經查看 ， 計算就會被打斷并停止 。 此外 ， 量子計算機是非常復雜的系統 ， 其涉及到多重前沿性技術 。 例如 ， 量子計算機的存儲單元、多個單元之間的通信、量子比特態的調制等 ， 都需要用到激光器 。 就量子計算機的材料與制造工藝而言 ， 其不僅代表著過去三四十年中諸多先進技術的集成 ， 還涉及到各學科間的緊密合作 。
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