與此類似，在量子計算機中，基本信息單位是量子比特，運算對象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以處于各種正交態(tài)的疊加態(tài)上，而且還可以處于糾纏態(tài)上。這些特殊的量子態(tài)，不僅提供了量子并行計算的可能，而且還將帶來許多奇妙的性質。

與經(jīng)典計算機不同，量子計算機可以做任意的幺正變換，在得到輸出態(tài)后，進行測量得出計算結果。因此，量子計算對經(jīng)典計算作了極大的擴充，在數(shù)學形式上，經(jīng)典計算可看作是一類特殊的量子計算。

量子計算機對每一個疊加分量進行變換，所有這些變換同時完成，并按一定的概率幅疊加起來，給出結果，這種計算稱作量子并行計算。除了進行并行計算外，量子計算機的另一重要用途是模擬量子系統(tǒng)，這項工作是經(jīng)典計算機無法勝任的。

1994年，貝爾實驗室的專家彼得·秀爾（Peter Shor）證明量子計算機能完成對數(shù)運算，而且速度遠勝傳統(tǒng)計算機。這是因為量子不像半導體只能記錄0與1，可以同時表示多種狀態(tài)。

如果把半導體計算機比成單一樂器，量子計算機就像交響樂團，一次運算可以處理多種不同狀況，因此，一個40位元的量子計算機，就能解開1024位元的電子計算機花上數(shù)十年解決的問題。

隨著計算機科學的發(fā)展，史蒂芬·威斯納在1969年最早提出“基于量子力學的計算設備”。而關于“基于量子力學的信息處理”的最早文章則是由亞歷山大·豪勒夫（1973）、帕帕拉維斯基（1975）、羅馬·印戈登（1976）和尤里·馬尼（1980）年發(fā)表。