מחשב שבנוי ממרכיבים קוונטיים שיכולים להיות בסופרפוזיציה של מצבים. היתרון של מחשב כזה היא מהירות פעולתו, ויכולתו לפתור בעיות שמחשבים רגילים אינם מסוגלים לפתור אותן. במחשב רגיל יש מספר רב של רכיבים בסיסיים, למשל טרנזיסטורים, שכל אחד מהם יכול להיות אך ורק באחד משני מצבים. המצבים הללו מכונים בּיטים ונהוג לסמנם: 0 ו-1. כל פעולה שמתבצעת במחשב נעשית באמצעות אינטראקציה בין הרכיבים הללו. במחשב הקוונטי מחליפים את הטרנזיסטורים רכיבים שכל אחד מהם יכול להיות בשני מצבים קוונטיים (למשל שתי רמות אנרגיה), אך בגלל עקרון הסופרפוזיציה הרכיב יכול להיות גם בסופרפוזיציה של המצבים הללו. אם נסמן את המצבים על ידי Ψ1ו-Ψ2, מצב הסופרפוזציה יתואר על ידי פונקציה מהצורה Ψ =aΨ1+ bΨ2 כאשר a ו-b הם מספרים מרוכבים.
בגלל החופש בקביעת a ו-b, כמות המידע שאפשר לאחסן ברכיב בודד גדולה לאין ערוך מהביט הבודד שאפשר לאחסן בטרנזיסטור רגיל.
יתרון נוסף של המחשב הקוונטי מתגלה בעת ביצוע פעולות. אם במחשב רגיל רכיב א’ הוא במצב 0 ורכיב ב’ הוא במצב 1, האינטראקציה בין שני הרכיבים יכולה לתת אחת מארבע תוצאות: המצב של שניהם השתנה, המצב של שניהם נותר בלי שינוי, רק א’ השתנה, רק ב’ השתנה. אינטראקציה בין שני רכיבים קוונטיים לעומת זאת, יכולה להניב מספר עצום של תוצאות, מכיוון שהמצב ההתחלתי והסופי של כל אחד מהרכיבים הוא אחת מאינסוף סופרפוזיציות אפשריות. התוצאה של כל אינטראקציה היא מעין תבנית התאבכות בין שני גלים, ומכילה מידע רב מאד. לכן פעולה אחת במחשב קוונטי שקולה כנגד מספר רב של פעולות במחשב רגיל. כאשר מפעילים רשת של כמה מאות רכיבים קוונטיים, מספר האפשרויות וכמות האינפורמציה גדלים בשיעור עצום. מחשב קוונטי שבו פחות מ-200 רכיבים שקול למחשב-על שבו יש מיליוני טרנזיסטורים.
המאמצים לפתח מחשב-קוונטי החלו בשנות השמונים של המאה ה-20. להוגה הרעיון נחשב דייוויד דויטש (Deutsch) שנולד ב-1954 בחיפה, למד פיסיקה בקיימברידג’ ובאוקספורד, והצטרף לאוניברסיטת אוקספורד בבריטניה. היו אנשים שהגו בכך לפניו, ביניהם הפיסיקאי ריצ’רד פיינמן, אך מאמר מ-1985 שבו הראה דויטש כיצד יש לתכנן את המחשב הקוונטי, נחשב לפריצת דרך בתחום. עוד פריצת דרך הייתה במאמר שפרסם ב-1995 הפיסיקאי פיטר שור (Shor) ממעבדות בל בניו-ג’רסי. הוא הראה איך אפשר להשתמש במחשב קוונטי, כדי לפרק מספר בן מאות ספרות לגורמים תוך פרק זמן קצר, משימה שיש לה שימושים בתחום ההצפנה ושמחשב-על רגיל זקוק לאלפי שנים כדי לבצעה.
התכנון של מחשב קוונטי כרוך בפתרון בעיות עקרוניות ומעשיות מסובכות. צריך לדעת איך ליצור בכל רכיב את הסופרפוזיציה הרצויה, איך לקשר בין הרכיבים, לגרום להם ליצור תבנית התאבכות שתתן תשובה לבעיה נתונה, ולהעביר את המידע אל צג המחשב. לכן עקרונות הפעולה של המחשב הקוונטי שונים מאלה של המחשב הרגיל. זאת ועוד -כדי ליצור סופרפוזיציה צריך לבודד את הרכיב הקוונטי מסביבתו, אך כדי להזין את הנתונים אל המחשב ולקבל ממנו תוצאות צריך שהוא יהיה קשור לסביבה. עדיין לא ברור אם כל הבעיות הללו ניתנות לפתרון, ויתכן שבסופו של דבר יתברר שבניית מחשב קוונטי מעשי היא בלתי אפשרית. עם זאת, בשנים האחרונות מוקדש מאמץ רב לניסיונות לבניית רכיבים בסיסיים לחישוב קוונטי בעזרת מגוון של מערכות פיסיקליות, כגון על-מוליכים, מוליכים למחצה, מולקולות אורגניות ועוד.
לקריאה ועיון נוסף באינטרנט: