Een kwantumcomputer is een nog hypothetische machine die berekeningen uitvoert op basis van het gedrag van deeltjes op subatomair niveau. Een dergelijke computer zal, als hij ooit wordt ontwikkeld, in staat zijn veel meer miljoenen instructies per seconde (MIPS) uit te voeren dan enige voorgaande computer. Een dergelijke exponentiële vooruitgang in verwerkingscapaciteit zou te danken zijn aan het feit dat de data-eenheden in een kwantumcomputer, in tegenstelling tot die in een binaire computer, in meer dan één toestand tegelijk kunnen bestaan. In zekere zin "denkt" de machine verschillende "gedachten" tegelijk, waarbij elke "gedachte" onafhankelijk is van de andere, ook al komen ze allemaal voort uit dezelfde verzameling deeltjes.
Onkundigen hebben de term qubit (spreek uit als KYEW-bit) bedacht om de fundamentele data-eenheid in een quantumcomputer aan te duiden. Een qubit is in wezen een bit (binair cijfer) dat verschillende, of vele, waarden tegelijk kan aannemen. De theorie hierachter is net zo bizar als de theorie van de kwantummechanica, waarin individuele deeltjes op meerdere plaatsen lijken te bestaan. Eén manier om te bedenken hoe een qubit in meerdere toestanden kan bestaan, is zich voor te stellen dat hij twee of meer aspecten of dimensies heeft, die elk hoog (logica 1) of laag (logica 0) kunnen zijn. Dus als een qubit twee aspecten heeft, kan het vier gelijktijdige, onafhankelijke toestanden hebben (00, 01, 10 en 11); als het drie aspecten heeft, zijn er acht mogelijke toestanden, binair 000 tot en met 111, enzovoort.
Kwantumcomputers zouden vooral nuttig kunnen blijken in de volgende toepassingen:
- Het breken van cijfers
- Statistische analyse
- Het berekenen van grote getallen
- Het oplossen van problemen in de theoretische natuurkunde
- Het oplossen van optimalisatieproblemen in vele variabelen
De grootste moeilijkheid waarmee de ingenieurs bij onderzoek en ontwikkeling zijn geconfronteerd, is het feit dat het uiterst moeilijk is om deeltjes zich gedurende een aanzienlijke tijd op de juiste manier te laten gedragen. De geringste verstoring zal ertoe leiden dat de machine niet langer op kwantumwijze werkt en terugkeert naar de "één-gedachte" modus zoals een conventionele computer. Verdwaalde elektromagnetische velden, fysieke bewegingen of een kleine elektrische ontlading kunnen het proces verstoren.