量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子力学中的基本规律主要包括不确定原理、对应原理、协并原理和波尔理论等。量子力学的应用在生活中还是相对常见，如半导体材料为主的电子产品（电子的能级跃迁），通过原子特徵光谱线来分析物质的组成（化验、天文学领域的应用），激光刻录光盘，核磁共振等等。
为了更好地理解量子计算机，我们可以把经典计算机从物理上描述为对输入输出信号序列按一定算法进行变换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。相对于量子计算机而言，经典计算所有的二进制输入输出态均相互正交。量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统[称为量子比特（qubits）]。
由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和量子相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算，也是量子计算机最重要的优越性。
事实上，实现对微观量子态的操纵确实太困难，迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。但这并不能妨碍人们进行大胆地探索与设想，也许不久的将来量子计算机就会出现在世人面前，在闪光灯前自主回答记者提出的奇怪问题。量子计算机还是很有前途的，比如在密码破解上有着巨大潜力。当今主流的非对称（公钥）加密算法，如RSA加密算法，大多数都是基于大整数的因式分解或者有限域上的离散指数的计算这两个数学难题。
他们的破解难度也就依赖于解决这些问题的效率。在传统计算机上，要求解这两个数学难题，花费时间为指数时间（即破解时间随着公钥长度的增长以指数级增长），这在实际应用中是无法接受的，比如在战争中破解敌方经过加密处理的通讯，当一场战争已经接结束，一方的科学家才兴奋地将破解的密钥上交上到垂头丧气的上司手中，这还有什么实际意义呢！
而为量子计算机量身定做的秀尔算法可以在多项式时间内（即破解时间随着公钥长度的增长以k次方的速度增长，其中，k为与公钥长度无关的常数）进行整数因式分解或者离散对数计算，从而为RSA、离散对数加密算法的破解提供可能。这个潜在的功能使得量子计算机可以破解最安全的密码，世界各地银行、政府和军队都会对自己设定的密码失去安全感，目前世界上没有任何技术可以抵挡量子计算机的解密攻击。
根据美国国家安全局前雇员斯诺登曝光的文件，美国国安局（NSA）正在研发一种用于破解密码的量子计算机。发达国家一定不甘落后，不会眼睁睁地等待信息安全之门被攻破，出于自身的利益考量，也许先发制人才是上策。
在量子计算机的研究方面，我国也取得了一定的突破。2013年6月8日，由中国科学技术大学潘建伟院士领衔的量子光学和量子信息团队首次成功实现了用量子计算机求解线性方程组的实验。
相关成果发表在2013年6月7日出版的《物理评论快报》上，审稿人评价“实验工作新颖而且重要”，认为“这个算法是量子信息技术最有前途的应用之一”。这让国外相关领域的研究人员对我国这一领域科研团队的实力刮目相看，也让国人欢欣鼓舞。据介绍，线性方程组广泛应用于几乎每一个科学和工程领域。日常的气象预报，就需要建立并求解包含百万变量的线性方程组，来实现对大气中温度、气压、湿度等物理参数的模拟和预测。
而高准确度的气象预报则需要求解具有海量数据的方程组，假使求解一个亿亿亿级变量的方程组，即便是用现在世界上最快的超级计算机也至少需要几百年。
除此之外，这将使人工智能方面的研究也迈进一大步。即使费时费力使用通用计算机造出的机器人肯定瑕疵遍身，呆头呆脑，不能大部分符合人类的特征。可以预见，电影《人工智能》中的那些活灵活现，可以以假乱真的机器人将会在不久的将来实现。