量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機。量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究。研究可逆計算機的目的是為了解決計算機中的能耗問題。

　　量子計算機，早先由理乍得·費曼提出，一開始是從物理現象的模擬而來的。可發現當模擬量子現象時，因為龐大的希爾伯特空間而資料量也變得龐大。一個完好的模擬所需的運算時間則變得相當可觀，甚至是不切實際的天文數字。理乍得·費曼當時就想到如果用量子系統所構成的計算機來模擬量子現象則運算時間可大幅度減少，從而量子計算機的概念誕生。

　　量子計算機，或推而廣之——量子資訊科學，在1980年代多處于理論推導等等紙上談兵狀態。一直到1994年彼得·秀爾（Peter Shor）提出量子質因子分解算法后，因其對于現在通行于銀行及網絡等處的RSA加密算法可以破解而構成威脅之后，量子計算機變成了熱門的話題，除了理論之外，也有不少學者著力于利用各種量子系統來實現量子計算機。

　　量子計算機的優點

　　量子計算機對每一個疊加分量實現的變換相當于一種經典計算，所有這些經典計算同時完成，并按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計算機的輸出結果。這種計算稱為量子并行計算，也是量子計算機最重要的優越性。

　　其實，量子計算機的計算原理和薛定諤的貓是一樣的，利用的都是“量子疊加態”。這意味著計算機能同時嘗試所有可能的解，以遠超傳統計算機的速度進行復雜的計算。

　　按照傳統算法，當用戶需要提取某一個詞組信息或者需要解決一個問題時，計算機要先把所有可能性列舉出來并驗證一遍才能得到正確的信息，而量子計算機能夠直接計算并提取出相應信息。這種計算稱為量子并行計算，也是量子計算機最重要的優越性。

　　量子計算的神奇之處在于，它可以做到真正的并行計算與存儲。例如，一個數位的經典存儲器可以存儲兩個數字0或者1，但在某一時刻這個數字要么是0要么是1；而對于量子比特存儲器來說，在同一時刻，它可以同時存儲0和1，其存儲和運行能力都成指數上升，一個250量子比特的存儲器可以存儲的數字比我們已知宇宙所有的原子數還多。

　　想像一下，你被要求5分鐘內在國會圖書館某一本書的某頁上找到一個字母“X”，這幾乎是不可能的，因為那里有5000萬冊書。但是如果你處于5000萬個平行現實中，每個現實都可以查看不同的書籍，你肯定能在其中某個現實中找到這個“X”。在這個假設中，普通計算機就是像瘋子一樣的那個你，需要5分鐘內找遍盡可能多的書。而量子計算機卻能將你復制出5000萬個，每個只需翻找一本書即可。

　　這是量子計算機公司D-Wave聯合創始人埃里克·勒迪辛斯基對其應用前景的解釋。谷歌和NASA聯合研究的量子計算機，其實就是從這個公司購買的。2013年，谷歌從D-Wave系統公司購買了一臺量子計算機，并與NASA共同開展量子計算機的研究項目。D-Wave系統公司自2007年推出首臺量子計算機開始就備受爭議。一些學者認為由于量子形態并不穩定，量子計算機只是在理論層面可行。然而這次，谷歌和NASA一同證實了量子計算機的可操作性。