کامپیوترهای کوانتومی دستگاههایی هستند که از آنها برای حفظ داده ها و انجام محاسبات از خصوصیات فیزیک کوانتومی استفاده می کنند. کامپیوترهای کوانتومی می تواند برای بعضی از وظایف خاص که در آن می تواند حتی از بهترین ابر رایانه های ما بسیار بهتر عمل کند، سودمند باشد.
رایانه های کلاسیک که شامل تلفن های هوشمند و لپ تاپ هستند، اطلاعات را در «بیت» های باینری رمزگذاری می کنند که می توانند 0 یا 1 باشند. در یک کامپیوتر کوانتومی واحد اصلی حافظه یک بیت کوانتومی یا qubit است.
کوبیت ها با استفاده از سیستم های بدنی مانند چرخش یک الکترون یا جهت یابی یک فوتون ساخته می شوند. این سیستم ها می توانند در بسیاری از حالت های مختلف همه به یک وجه باشند، خاصیتی که به عنوان ترکیب کوانتومی شناخته می شود. Qubits همچنین می تواند با استفاده از پدیده ای به نام گرفتاری کوانتومی به طور غیرقابل تفکیک با یکدیگر در ارتباط باشد. نتیجه این است که یک سری qubits می توانند موارد مختلفی را همزمان نشان دهند.
به عنوان مثال هشت بیت برای یک کامپیوتر کلاسیک کافی است که عددی بین 0 تا 255 را نشان دهد. اما هشت کیبیت برای یک کامپیوتر کوانتومی کافی است که هر عدد را بین 0 تا 255 به طور همزمان نشان دهد. چند صد قطعه درهم پیچیده کافی است تا تعداد بیشتری از اتمهای موجود در جهان را نشان دهد.
این جایی است که رایانه های کوانتومی نسبت به رایانه های کلاسیک امتیاز بیشتری کسب می کنند. در شرایطی که تعداد زیادی ترکیب احتمالی وجود دارد، کامپیوترهای کوانتومی می توانند همزمان آنها را در نظر بگیرند. مثالها شامل تلاش برای یافتن عوامل اصلی تعداد بسیار زیاد یا بهترین مسیر بین دو مکان است.
با این وجود، ممکن است شرایط زیادی وجود داشته باشد که رایانه های کلاسیک هنوز از کوانتومی فراتر روند. بنابراین کامپیوترهای آینده ممکن است ترکیبی از هر دو نوع باشد.
در حال حاضر، کامپیوترهای کوانتومی بسیار حساس هستند: گرما، میدانهای الکترومغناطیسی و برخورد با مولکولهای هوا می توانند باعث شوند که یک qubit خصوصیات کوانتومی خود را از دست بدهد. این فرآیند که به عنوان جابجایی کوانتومی شناخته می شود، باعث ریزش سیستم می شود و هر چه سریعتر ذرات بیشتری که درگیر هستند اتفاق میافتد.
رایانه های کوانتومی باید از کوبیت ها در برابر تداخل خارجی محافظت کنند، یا با جدا کردن جسمی آنها، خنک نگه داشتن آنها یا پاک کردن آنها با پالس انرژی با دقت کنترل شده. برای اصلاح خطاهایی که به سیستم وارد می شوند، کابیت اضافی لازم است.