计算机通过一种叫做逻辑门的电路来计算，逻辑门是由许多连接在一起的晶体管组成的。逻辑门比较存储在称为寄存器的临时存储器中的位的模式，然后将它们转换成新的位的模式——这相当于我们人类大脑所称的加法、减法或乘法。在物理术语中，执行特定计算的算法采用由多个逻辑门组成的电子电路的形式，一个门的输出作为下一个门的输入。
传统计算机的问题在于它们依赖于传统晶体管。如果你看看过去几十年电子技术取得的惊人进步，这听起来可能不是一个问题。当晶体管在1947年被发明出来的时候，它所取代的开关(被称为真空管)只有你拇指那么大。现在，一种最先进的微处理器(单片计算机)在一块指甲大小的硅芯片上封装了数亿个(最多300亿个)晶体管!像这样的芯片，被称为集成电路，是小型化的惊人壮举。
早在20世纪60年代，英特尔的联合创始人戈登·摩尔就意识到，计算机的能力在大约18个月的时间里就翻了一番——从那以后一直如此。这一明显不可动摇的趋势被称为摩尔定律。图片: USB闪存棒上的存储芯片这个记忆芯片从一个典型的USB棒包含一个集成电路，可以存储512兆字节的数据。这大约是5亿个字符(准确地说是536870912个)，每一个都需要8个二进制数字——所以我们说的是一个邮票大小的区域里总共有40亿个晶体管(4,294,967,296个)!这听起来很神奇，确实如此，但它没有抓住重点。
需要存储的信息越多，需要存储的二进制1和零(以及晶体管)就越多。由于大多数传统计算机一次只能做一件事，所以您希望它们解决的问题越复杂，它们需要采取的步骤就越多，所需的时间也就越长。有些计算问题非常复杂，它们需要的计算能力和时间比任何现代机器所能合理提供的都要多；计算机科学家称这些问题为棘手的问题。随着摩尔定律的发展，棘手问题的数量也在减少:计算机变得更强大，我们可以用它们做更多的事情。
问题是，晶体管是我们所能制造的最小的:我们已经到了物理定律似乎可以阻止摩尔定律的地步。不幸的是，仍然有一些非常困难的计算问题是我们无法解决的，因为即使是最强大的计算机也发现这些问题很难解决。这就是为什么人们现在对量子计算感兴趣的原因之一。什么是量子计算?量子理论是物理学的一个分支，研究原子及其内部较小的(亚原子)粒子的世界。
你可能认为原子的行为和世界上其他任何东西都是一样的，以它们自己的微小方式——但那不是真的:在原子尺度上，规则在变化，我们在日常生活中习以为常的“经典”物理定律不再自动适用。正如20世纪最伟大的物理学家之一理查德·p·费曼(Richard P. Feynman)曾经说过的那样:“非常小的尺度上的事物，其行为与你的任何直接经验都不一样……或者像你所见过的任何东西。
