Kvantinis kompiuteris yra bet koks įrenginys, kuris naudoja kvantinius mechaninius reiškinius algoritmams vykdyti. Kadangi kvantinių kompiuterių skaičiavimo savybės iš esmės skiriasi nuo įprastų kompiuterių, duomenys, laikomi kvantiniuose kompiuteriuose, vadinami kubitais, o ne bitais. Įprastuose kompiuteriuose duomenys pateikiami mikroskopiniais grioveliais standžiajame diske. Kvantiniame kompiuteryje duomenys atvaizduojami tam tikros molekulės ar molekulių rinkinio kvantinėmis savybėmis.
Užuot atlikę skaičiavimus, gaudami duomenis iš standžiojo disko ir apdorodami juos naudodami integruotą grandinę, užpildytą loginiais vartais, kvantiniai kompiuteriai apdoroja duomenis bombarduodami informacijos turinčią molekulę trumpais spinduliuotės impulsais. Kiekvienas bombardavimo ciklas reiškia algoritminę operaciją su duomenimis, esančiais molekulėje. Kai algoritmas baigiasi, išmatuojama molekulės kvantinė būsena – procesas, kuris pats pakeičia galutinį rezultatą. Taip yra dėl iš esmės neapibrėžto kvantinės mechanikos pobūdžio.
Siekiant išvengti šio sunkumo, kvantinio skaičiavimo algoritmai paleidžiami kelis kartus, o išvesties svertinis vidurkis asimptotiškai artėja prie teisingo atsakymo. Kadangi kvantinės mechanikos reiškiniai iš esmės yra tikimybiniai, o ne deterministiniai, tiksliai apibrėžtas atsakymas iš pirmo karto neįmanomas.
Kvantiniai kompiuteriai turi tam tikrų galimybių, kurių trūksta klasikiniams kompiuteriams. Kvantinis skaičiavimas leidžia greitai suskirstyti į faktorių didelius skaičius (aiškia grėsmė įprastoms kriptografijos technikoms), tiksliau imituoti kvantinius reiškinius ir labai efektyviai ieškoti duomenų bazėje.
Bet kurioje n dydžio mazgų paieškos erdvėje, kurioje kiekvienas mazgas reiškia galimą problemos sprendimą, yra tik vienas galimas sprendimas ir kiekvienas mazgas turi būti atskirai patikrintas, ar nėra savybių, atitinkančių teisingą sprendimą, kvantinis skaičiavimas siūlo fantastišką pagreitį. Įprastuose kompiuteriuose vidutinis paieškos laikas yra laikas, kurio reikia kiekvienam mazgui patikrinti, padauginus mazgų skaičių (n), padalijus iš dviejų (tikėtina, kad sprendimas bus rastas maždaug įpusėjus paieškai). Kvantiniuose kompiuteriuose vidutinis paieškos laikas yra laikas, kurio reikia kiekvienam mazgui patikrinti, padauginus iš n kvadratinės šaknies. Tai suteikia didžiulį pranašumą, kuris tik tampa įspūdingesnis, kai svarstome didesnes problemas.
Dar neįmanoma įsivaizduoti visų brandžių kvantinių kompiuterių pritaikymo būdų. Didžiausias kada nors vienoje kvantinio skaičiavimo sistemoje esančių kubitų skaičius yra 7. Kadangi kvantinių skaičiavimų tyrimai sparčiai tęsiasi, finansuojant milijonus dolerių, bus tik laiko klausimas, kol įvyks esminis lūžis ir bus išrastos įspūdingos programos.