Un computer cuantic este orice dispozitiv care exploatează fenomenele mecanice cuantice pentru a rula algoritmi. Deoarece computerele cuantice au proprietăți computaționale fundamental diferite față de computerele convenționale, datele păstrate în calculatoarele cuantice sunt denumite mai degrabă qubiți decât biți. În calculatoarele convenționale, datele sunt reprezentate de caneluri microscopice pe un hard disk. Într-un computer cuantic, datele sunt reprezentate de proprietățile cuantice ale unei anumite molecule sau ale unui set de molecule.
În loc să efectueze calcule prin preluarea datelor de pe un hard disk și procesarea lor folosind un circuit integrat plin cu porți logice, computerele cuantice procesează datele bombardând molecula care conține informații cu impulsuri scurte de radiație. Fiecare ciclu de bombardament reprezintă o operație algoritmică asupra datelor conținute în moleculă. Când algoritmul se termină, se măsoară starea cuantică a moleculei, proces care în sine influențează rezultatul final. Acest lucru se datorează naturii fundamental incerte a mecanicii cuantice.
Pentru a evita această dificultate, algoritmii de calcul cuantic sunt rulați de mai multe ori, iar media ponderată a rezultatelor se apropie asimptotic de răspunsul corect. Deoarece fenomenele mecanice cuantice sunt în mod inerent probabilistice mai degrabă decât deterministe, un răspuns bine definit la prima încercare nu este posibil.
Calculatoarele cuantice posedă anumite capacități de care le lipsesc computerele clasice. Calculul cuantic permite factorizarea rapidă a numerelor mari (o amenințare explicită pentru tehnicile criptografice convenționale), simularea mai precisă a fenomenelor cuantice și căutarea foarte eficientă în bazele de date.
Pentru orice spațiu de căutare de dimensiunea n noduri, unde fiecare nod reprezintă o posibilă soluție la o problemă, există o singură soluție posibilă, iar fiecare nod trebuie verificat individual pentru proprietăți care corespund unei soluții corecte, calculul cuantic oferă o accelerare fantastică. În calculatoarele convenționale, timpul mediu de căutare este timpul necesar pentru a verifica fiecare nod înmulțit cu numărul de noduri (n) împărțit la doi (este probabil ca soluția să fie găsită la jumătatea căutării). În calculatoarele cuantice, timpul mediu de căutare este timpul necesar pentru a verifica fiecare nod înmulțit cu rădăcina pătrată a lui n. Acest lucru conferă un avantaj uriaș care devine mai impresionant doar atunci când luăm în considerare probleme mai mari.
Nu este încă posibil să se conceapă toate aplicațiile calculatoarelor cuantice mature. Cel mai mare număr de qubiți conținut vreodată într-un sistem de calcul cuantic este 7. Deoarece cercetarea în calcul cuantic continuă rapid cu multe milioane de dolari în finanțare, va fi doar o chestiune de timp până când va avea loc o descoperire critică și vor fi inventate aplicații impresionante.