量子力学来源于20世纪初的一系列物理学危机。如涉及能量无穷大的“紫外灾难”，以及电子将不可避免地螺旋落入原子核。而经典物理框架下的修修补补并不能挽救这些危机。

如今，量子力学已经被成功应用于各个领域，比如原子的结构，恒星内部的核聚变，超导，DNA的结构以及自然界的基本粒子等。

量子力学是构建物理理论的一个数学框架或者规则集合。例如，量子电动力学就是在量子力学的框架内建立起来的，但它还包含了量子力学中没有的特殊规则。这种关系类似于应用软件（量子电动力学）和计算机操作系统（量子力学）—— 操作系统设置某些基本参数和运行模式，而应用软件则执行具体的任务。

量子力学的规则简单但反直觉。量子计算与量子信息的先驱们长期怀揣着使量子力学更好地被理解的愿望。量子力学最著名的批评者 Albert Einstein 即使在辞世之时也未能与这个在他的帮助下建立起来的理论和解。此后几代物理学家都在为加深对量子力学的理解而努力。量子计算与量子信息的一个目标就是发展一系列工具，以加深人们对量子力学的直觉，使它的预言更易于理解。

不可克隆定理正是这一愿望的产物。在1980年代早期，一个研究兴趣是，是否能够借助量子效应实现信号的超光速传播——这是 Einstein 的相对论所禁止的，它违反了因果律。解决问题的关键在于，是否能够克隆一个未知的量子态（即完全复制一个量子态）。如果能够实现量子态克隆，那么就有可能实现信号的超光速传播。然而，量子态克隆最终被证明是不可能的。不可克隆定理（no-cloning theorem）是量子计算和量子信息的最早结论之一。此后不可克隆定理得到进一步的完善，如今我们可以借助一些概念性的工具来理解量子态克隆器件可以在什么程度实现量子克隆（当然，无法实现完美的克隆）。反过来，这些工具也被用于理解量子力学的其他方面。

对量子计算与量子信息的发展做出过贡献的历史线索还可追溯到20世纪70年代，对单量子系统完全控制的实现。此前量子力学应用的普遍做法是总体控制大量量子力学体系的批量样本，而单独访问单个体系则无法实现。例如，超导现象可以用量子力学很好地解释，但此现象涉及导电金属的巨大样本（相对原子尺度而言），所以只能探测到量子性质的几个方面，而不能访问超导体中的单个量子体系。另一方面，虽然粒子加速器可以有限度地实现单量子体系的访问，但几乎无法对它们进行控制。

20世纪70年代起，控制单量子系统的技术得到发展。例如，人们发展了“原子阱”方法，用以捕获单个原子，将其分离出来，并以难以置信的精度对原子在许多不同方面的行为进行探测。扫描隧道显微镜被用来移动单个原子，将原子排成需要的阵列。此外操作仅涉及转移单个电子的电子器件也得到了论证。

完全控制单量子比特的目的是什么？从纯粹科学的角度去看，每一次科学的深刻洞见往往与探索自然的新技术相伴而生。例如20世纪30到40年代射电天文学的创立导致了一系列重大发现，包括银河系的中心、脉冲星、类星体等。低温物理学的惊人成就也是建立在降低各种体系温度的技术之上的。我们在完全控制单量子体系上迈出了脚步，同时我们也希望能扩展到更复杂的系统上，以期获得更大的发现。

量子计算与量子信息很自然地契合这一计划。它为试图更好操控单量子体系地人们提供了一系列具有挑战性的课题，刺激了实验技术的发展，也为实验研究指出了有意义的方向。反过来，单量子体系的控制对于将量子力学工具运用到量子计算和量子信息研究起着根本作用。

目前建立量子信息处理系统的努力只取得初步成功，在几个量子比特上操纵几十步代表着量子计算的最高水平（这是教材编撰时的结果。最近的结果可以参考去年谷歌实现“量子霸权”的实验）。用于长距离保密通讯的量子密码术（quantum cryptography）的实验原型也已出现，并在某些实际应用的水平上或许会被采用。然而，制造能解决大型实际问题的量子处理装置的技术依然是研究者们需要面临的挑战。