量子資訊科學是奈米科技與資訊科學交叉融合產生的新興領域,也是目前奈米科技最前沿的研究領域,涉及物理、電腦、通訊、數學、工程和材料等多個學科,其未來發展勢必將對整個基礎科學和工程科學(包括電腦科技、通訊科技、材料工程、精密測量技術及量子基礎科學)帶來一次巨大的變革。導致科學家們全力投入量子資訊科學這一新領域的主要原因是現有資訊處理系統的功能已接近於極限。半導體工業在過去30年的發展告訴我們,幾乎每隔兩年,電腦速度就加快了一倍。而每個晶片上集成的電晶體數目也隨時間呈指數增長。這個被稱為摩爾定律的經驗法則預示,到2010年,一個晶片上的電晶體數目將超過10億個。10多年以後電腦存儲單元將是單個原子。

在以原子為基石的微觀世界裡,光電行為將不再服從經典力學規律,取而代之的是量子力學規律。如何在原子尺度上設計和建構資訊處理的實用元件即是近年來最具有挑戰性的奈米科技(Nanoscience and Nanotechnology)。然而,當前支配高科技發展的資訊處理及電腦運算仍以古典物理法則為基礎。毫無疑問,在奈米元件架構下,資訊科學的進一步發展必須借助於量子力學原理和方法。1999年,美國國家科學基金會(National Science Foundation)為這一快速成長的領域舉辦了一次綜合數學物理、電腦資訊及工程材料等部會的研討會,並以「新科學的誕生」(Birth of A New Science)來描述這一結合資訊科學和奈米科技的新興交叉領域,簡稱為「量子資訊科學」(Quantum Information Science,QIS)。它是將量子力學與資訊理論和電腦科學相結合,以奈米量子元件製造技術為基礎研究資訊處理和電腦運算的一門新科學。由於量子特性在資訊領域中的獨特功能,在增大資訊容量、提高運算速度、確保資訊安全等方面將突破現有傳統資訊系統的極限。