自从1958年世界上出现第一块半导体平面集成电路至今，微电子技术以世人震惊的速度发展着，元器件的集成度越来越高，其结构特征也越来越趋于微型化，由此而发展的微电子微细加工技术已成了提高集成度和半导体存储器密度的关键之一，也是人类迄今为止所能达到的精度最高的加工技术。权威人士认为，尽管在每个芯片上集成数十亿个元器件的目的可以实现，但微型化已趋近极限。如再要小下去，已超越微电子技术理论的宏观极限。因此要支撑计算机的继续发展，就需要另辟蹊径。

21世纪初大量实验事实表明，电子与光子一样，不仅具有粒子性，同时还具有波动性，即所谓的波粒两象性。当电子所处的空间较大时（例如一般的集成电路线路），波动的性质可以忽略，电子可以作为粒子看待。当电子所处的空间很小时，例如线宽在0．1微米以下（已接近目前集成电路线宽的极限）时，电子就会表现出明显的波动性，这种波动性所表现出来的种种现象就是量子效应。利用量子效应所制作的元器件就是“量子器件”。

量子器件不仅体积小，而且工作原理和现有的半导体电子器件完全不一样。迄今为止，各种硅半导体电子器件都是通过控制电子的数目来实现信息处理的。例如，开关元件通过有无电子流来控制电路的通、断，或表示状态“1”或“0”；放大元件是控制所通过电子的多少来实现放大功能的。

然而，量子器件不单纯通过控制电子数量的变化，而主要是通过控制电子波动的相位来进行工作的，它能实现更高的响应速度和更低的电力消耗。因此，量子器件的出现，人们就有可能研制出比现有最小的电子器件还要小的、由单个电子构成的元器件。据报道，美国威斯康星大学的材料科学家根据量子力学理论已制造出了一些可容纳单个电子的被称为“量子点”的微小结构。这种量子点非常微小，在一个针尖上就可容纳几十亿个。这将为制造更微型化的微处理器和更高容量的存储器开拓了美好的前景。科学家认为，量子力学的理论将会对整个电子工业产生重大的影响，就是产生量子计算机。

所谓量子计算机，是指建立在量子力学理论基础上的计算机，它有两个含义：一是指它所用的微处理器是一种量子器件；二是指它的计算过程将利用量子力学理论。

量子计算机除了所用的器件同现在的计算机不同外，其工作原理也不一样，且可以快速完成复杂的计算任务。如要对一个巨大的数进行因子分解，使用现在的计算机时，不仅需要完成大量的除法操作，且操作次数可迅速呈指数上升，而量子计算机却可迅速完成这一工作。

但是迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。但是，世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。研究量子计算机的目的不是要用它来取代现有的计算机。量子计算机使计算的概念焕然一新，这是量子计算机与其他计算机如光计算机和生物计算机等的不同之处。