Kvanttitietokone on mikä tahansa laite, joka käyttää kvanttimekaanisia ilmiöitä algoritmien suorittamiseen. Koska kvanttitietokoneilla on pohjimmiltaan erilaiset laskentaominaisuudet kuin perinteisillä tietokoneilla, kvanttitietokoneissa pidettävää dataa kutsutaan pikabitteiksi pikemminkin kuin bitteiksi. Tavanomaisissa tietokoneissa tiedot esitetään kiintolevyn mikroskooppisilla urilla. Kvanttitietokoneessa tietoja edustavat tietyn molekyylin tai molekyylisarjan kvanttiominaisuudet.
Sen sijaan, että suoritettaisiin laskutoimituksia noutamalla tietoja kiintolevyltä ja käsittelemällä niitä käyttämällä logiikkaporteilla täytettyä integroitua piiriä, kvanttitietokoneet käsittelevät tietoja pommittamalla tietoa sisältävää molekyyliä lyhyillä säteilypulsseilla. Jokainen pommitusjakso edustaa algoritmista toimintaa molekyylin sisältämillä tiedoilla. Kun algoritmi päättyy, mitataan molekyylin kvanttitila, prosessi, joka itse esijännittää lopputuloksen. Tämä johtuu kvanttimekaniikan pohjimmiltaan epävarmasta luonteesta.
Tämän ongelman kiertämiseksi kvanttilaskenta -algoritmit suoritetaan useita kertoja ja tulosten painotettu keskiarvo lähestyy asymptoottisesti oikeaa vastausta. Koska kvanttimekaaniset ilmiöt ovat luontaisesti todennäköisyyksiä eivätkä deterministisiä, hyvin määritelty vastaus ensimmäisellä yrityksellä ei ole mahdollista.
Kvanttitietokoneilla on tiettyjä ominaisuuksia, joita klassisilla tietokoneilla ei ole. Kvanttilaskenta mahdollistaa suurten lukujen nopean tekijöiden jakamisen (nimenomainen uhka perinteisille salaustekniikoille), tarkemman kvantti -ilmiöiden simuloinnin ja erittäin tehokkaan tietokantahaun.
Kaikille n -kokoisten solmujen hakutiloille, joissa jokainen solmu edustaa mahdollista ratkaisua ongelmaan, on vain yksi mahdollinen ratkaisu, ja jokainen solmu on tarkistettava erikseen oikeaa ratkaisua vastaavien ominaisuuksien osalta, kvanttilaskenta tarjoaa fantastisen nopeuden. Tavanomaisissa tietokoneissa keskimääräinen hakuaika on aika, joka kuluu kunkin solmun tarkistamiseen kertaa solmujen lukumäärä (n) jaettuna kahdella (on todennäköistä, että ratkaisu löytyy noin haun puolessa välissä). Kvanttitietokoneissa keskimääräinen hakuaika on aika, joka kuluu kunkin solmun tarkistamiseen kertaa neliöjuuri. Tämä antaa valtavan edun, joka tulee vaikuttavammaksi vain, kun harkitsemme suurempia ongelmia.
Ei ole vielä mahdollista ajatella kaikkia kypsien kvanttitietokoneiden sovelluksia. Suurin qubittien lukumäärä, joka on koskaan sisällytetty yhteen kvanttilaskentajärjestelmään, on 7. Koska kvanttilaskennan tutkimus jatkuu nopeasti miljoonien dollarien rahoituksella, on vain ajan kysymys, ennen kuin kriittinen läpimurto tapahtuu ja keksitään vaikuttavia sovelluksia.