近年来 ， 量子计算和量子计算机在科学界和工业界都引起了大量关注 。 科学家们期望利用材料的量子性质 ， 来打破传统计算机小型化的摩尔定律 ， 进而建立起新型的量子计算机 。 量子计算这一概念是著名物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）在1981年首先引入的 。 该领域的早期创始人之一 ， 图灵奖获得者姚期智先生在1993年曾为量子计算理论基础的建立做出过核心贡献 。 2011年 ， 姚期智创建清华大学量子信息中心（CQI） ， 旨在将后者打造成为世界级的量子计算研究中心 。 在近期与《国家科学评论》（National Science Review, NSR）的一次对话中 ， 姚期智细数了量子计算的历史 ， 并表达了他对该领域未来发展的看法 。 他认为 ， 量子计算机擅长的任务包括新材料设计、药物设计以及化学反应模拟等方面 ， 但在传统计算机已经被证明高效的领域 ， 是不太可能取而代之的 。
NSR：量子通信和量子计算受到媒体的广泛关注 。 二者是两个不同的概念吗？
姚期智：量子通信和量子计算是两个相互关联 ， 但是彼此独立的概念 。 量子计算所需的技术更为高级 。 驱动量子通信发展的主要目标是为保密通信建立密码学保障 ， 在量子通信中 ， 从一地到另一地的待传送信号不必是高度准确的 。 但量子计算却要求信号的高准确性 。 在过去十几年中 ， 谷歌等大型公司开发出了一些量子计算相关的新兴技术 。 一般的看法是 ， 可用的技术将在未来五六年中出现 。 量子计算的理论基础在20年前就已经建立了 ， 现在的问题是如何实现它 。
NSR：量子计算已然成为热点话题 。 它的基本原理是什么？
姚期智：半导体电路小型化的快速发展使得传统计算机的性能不断提升 。 然而 ， 这个小型化存在一个固有极限——当芯片上电路元件的尺寸缩小到纳米尺度时 ， 量子力学效应将会占据主导地位 ， 并影响元件的性能 。 这将是摩尔定律的终点 。
对于传统计算机来说 ， 这是不可避免的命运；但是科学家们已经开始考虑 ， 能否把这种情况下有害的量子现象转变为有益的——构建一个利用由薛定谔方程描述的量子力学逻辑进行计算的计算机 ， 而不再是利用布尔逻辑进行计算的传统计算机 。 量子计算机这个理念是费曼在1981年首次提出的 。 他说 ， 原则上 ， 人们可以设计一种计算机 ， 该计算机通过量子力学特性来工作 ， 模拟量子系统并采用量子方程得到解 。 费曼的这个理念在学术领域引起了很大重视 。
传统计算机通过集成电路利用双值布尔逻辑（0和1）发挥功能 。 其计算是：把由比特表示的输入点映射到更高层次 ， 通过多重映射 ， 得到输出点以提供最终解 。 然而 ， 量子计算机的量子比特可以表示1、0或者这两个态的任意叠加 。 量子计算机系统的计算类似于固体的旋转；在这个类比中 ， 量子计算机的计算结果类似于测量固体旋转所得到的读数（旋转角度可以是连续的任意角度） 。 传统计算机的一个操作 ， 对应一个确定的路径；量子计算机的一个操作 ， 可以沿着多个计算路径进行 ， 而最终达到的是同一个目标 ， 因为量子波函数允许在同一时刻存在多个态 。 这个现象就是量子并行性 。 量子并行计算是量子计算机的速度可以远快于传统计算机的关键原因 。
NSR：就硬件设计而言 ， 传统计算机与量子计算机的主要区别是什么？
姚期智：量子计算机是一个相对闭合的系统 ， 其计算几乎能够做到瞬时完成 。 基本上 ， 量子计算机表现得十分“羞怯”：一经查看 ， 计算就会被打断并停止 。 此外 ， 量子计算机是非常复杂的系统 ， 其涉及到多重前沿性技术 。 例如 ， 量子计算机的存储单元、多个单元之间的通信、量子比特态的调制等 ， 都需要用到激光器 。 就量子计算机的材料与制造工艺而言 ， 其不仅代表着过去三四十年中诸多先进技术的集成 ， 还涉及到各学科间的紧密合作 。
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