人类对信息的需求日益增加,若干年后组成芯片的晶体管的体积将达到纳米尺寸乃至分子原子大小,这时必须用量子力学对它们进行描述.因此,遵循量子规律、无热损耗的量子计算机便成了人们研究的新的热点,其中的一个热点问题就是寻找可实现量子计算的物理模型.本文对近年来有关量子计算的研究进展作了必要的综述.另一方面,人们知道,自然界中生命体本身也是一个复杂的计算系统,但其中是否自然地存在量子计算则仍然是一个很值得探索的问题.特别值得关注的在组成细胞骨架的微管中,是否可能存在着量子计算?一般认为,细胞微管是细胞组织和信息处理的中心.因此,对于微管中可能存在量子计算的探讨和结论,将具有基本的物理和科学意义.本文运用量子力学基本原理探讨了微管中可能存在的量子计算,从而提出一种在生物体中可具体实现量子计算的物理模型.本文主要工作包括以下三点:1.把QED腔模理论应用于细胞微管.基于腔量子电动力学描述了微管中水的电偶极子与电磁辐射场的相互作用,推导出有关物理过程的量子幺正变换表达式.2.在理论上分析了在细胞微管内实现量子逻辑门的机理,进而探讨了微管实现量子计算的一种可能机理.3.指出了两个阻碍在微管中实现量子计算的不确定因素,然后根据生物系统内部的物理环境和条件,我们用Frohlich生物相干波场理论和量子Zeno效应分别对它们作了合理的解释.