Um computador quântico é uma máquina, ainda assim hipotética, que realiza cálculos baseados no comportamento das partículas a nível subatômico. Tal computador será, se alguma vez for desenvolvido, capaz de executar muito mais milhões de instruções por segundo (MIPS) do que qualquer computador anterior. Tal avanço exponencial na capacidade de processamento seria devido ao fato de que as unidades de dados em um computador quântico, ao contrário daquelas em um computador binário, podem existir em mais de um estado de cada vez. Em certo sentido, a máquina "pensa" vários "pensamentos" simultaneamente, sendo cada "pensamento" independente dos outros, mesmo que todos eles surjam do mesmo conjunto de partículas.
Os engenheiros cunharam o termo qubit (pronunciado KYEW-bit) para denotar a unidade de dados fundamental num computador quântico. Um qubit é essencialmente um bit (dígito binário) que pode assumir vários, ou muitos, valores simultaneamente. A teoria por trás disso é tão bizarra quanto a teoria da mecânica quântica, na qual partículas individuais parecem existir em múltiplos locais. Uma maneira de pensar como um qubit pode existir em múltiplos estados é imaginá-lo como tendo dois ou mais aspectos ou dimensões, cada um dos quais pode ser alto (lógica 1) ou baixo (lógica 0). Assim, se um qubit tem dois aspectos, ele pode ter quatro estados simultâneos e independentes (00, 01, 10 e 11); se ele tem três aspectos, há oito estados possíveis, binários 000 a 111, e assim por diante.
Computadores quânticos podem ser especialmente úteis nas seguintes aplicações:
- Quebrar cifras
- Análise estatística
- Facturar grandes números
- Solucionar problemas em física teórica
- Solucionar problemas de otimização em muitas variáveis
A principal dificuldade que os engenheiros de pesquisa e desenvolvimento têm encontrado é o fato de que é extremamente difícil conseguir que as partículas se comportem da maneira correta durante um período de tempo significativo. A menor perturbação fará com que a máquina deixe de funcionar de forma quântica e volte ao modo "pensamento único" como um computador convencional. Campos eletromagnéticos, movimento físico ou uma pequena descarga elétrica podem interromper o processo.