Kuantum bilgisayar, bir bilgisayarın nasıl inşa edileceğine dair bir modeldir. Buradaki fikir, kuantum bilgisayarların veriler üzerinde işlem yapmak için kuantum mekaniğindeki süperpozisyon ve dolanıklık gibi belirli olguları kullanabilmesidir. Kuantum hesaplamanın arkasındaki temel ilke, kuantum özelliklerinin verileri temsil etmek ve üzerinde işlem yapmak için kullanılabilmesidir. Teorik bir model, evrensel kuantum bilgisayarı olarak da bilinen kuantum Turing makinesidir.
Kuantum hesaplama fikri henüz çok yeni. Deneyler yapıldı. Bunlarda kübitler (kuantum biti) üzerinde çok az sayıda işlem yapıldı. Hem pratik hem de teorik araştırmalar ilgiyle devam etmektedir ve birçok ulusal hükümet ve askeri fon ajansı, kriptanaliz gibi hem sivil hem de askeri amaçlar için kuantum bilgisayarları geliştirmek için kuantum hesaplama araştırmalarını desteklemektedir.
"Klasik" bilgisayarlar olarak adlandırılan günümüz bilgisayarları bilgiyi ikili olarak depolar; her bit ya açık ya da kapalıdır. Kuantum hesaplamalarında ise, bir ölçüm yapılana kadar, muhtemelen açık ya da kapalı olmanın yanı sıra, süperpozisyonu tanımlamanın bir yolu olan hem açık hem de kapalı olabilen kübitler kullanılır. Normal bir bilgisayarda bir veri parçasının durumu kesin olarak bilinir, ancak kuantum hesaplama olasılıkları kullanır. Daha büyük tasarımlar icat edilmiş olsa da, yalnızca çok basit kuantum bilgisayarlar inşa edilmiştir. Kuantum hesaplama özel bir fizik türü olan kuantum fiziğini kullanır.
Büyük ölçekli kuantum bilgisayarlar inşa edilebilirse, bazı problemleri bugün var olan herhangi bir bilgisayardan (Shor'un algoritması gibi) çok daha hızlı çözebileceklerdir. Kuantum bilgisayarlar, DNA bilgisayarları ve transistörlere dayalı geleneksel bilgisayarlar gibi diğer bilgisayarlardan farklıdır. Optik bilgisayarlar gibi bazı bilgisayar mimarileri elektromanyetik dalgaların klasik süperpozisyonunu kullanabilir. Dolanıklık gibi kuantum mekaniksel kaynaklar olmadan, insanlar klasik bilgisayarlara göre üstel bir avantajın mümkün olmadığını düşünmektedir. Kuantum bilgisayarlar klasik bilgisayarlar tarafından teorik olarak hesaplanamayan işlevleri yerine getiremezler, başka bir deyişle Church-Turing tezini değiştirmezler. Bununla birlikte, pek çok şeyi çok daha hızlı ve verimli bir şekilde yapabileceklerdir.
