Kvantni računalnik je vsaka naprava, ki izkorišča kvantno mehanske pojave za izvajanje algoritmov. Ker imajo kvantni računalniki bistveno drugačne računalniške lastnosti kot običajni računalniki, se podatki, shranjeni v kvantnih računalnikih, imenujejo kubiti in ne biti. V običajnih računalnikih so podatki predstavljeni z mikroskopskimi žlebovi na trdem disku. V kvantnem računalniku so podatki predstavljeni s kvantnimi lastnostmi dane molekule ali niza molekul.
Namesto da bi izvajali izračune s pridobivanjem podatkov s trdega diska in njihovo obdelavo z uporabo integriranega vezja, napolnjenega z logičnimi vrati, kvantni računalniki obdelujejo podatke tako, da bombardirajo molekulo, ki vsebuje informacije, s kratkimi impulzi sevanja. Vsak cikel bombardiranja predstavlja algoritemsko operacijo na podatkih, ki jih vsebuje molekula. Ko se algoritem konča, se izmeri kvantno stanje molekule, proces, ki sam po sebi vpliva na končni rezultat. To je posledica bistveno negotove narave kvantne mehanike.
Da bi se izognili tej težavi, se algoritmi kvantnega računalništva izvajajo večkrat in tehtano povprečje rezultata se asimptotično približa pravilnemu odgovoru. Ker so kvantno mehanski pojavi sami po sebi verjetnostni in ne deterministični, dobro opredeljen odgovor ob prvem poskusu ni mogoč.
Kvantni računalniki imajo določene zmogljivosti, ki jih klasičnim računalnikom manjkajo. Kvantno računalništvo omogoča hitro faktorizacijo velikih števil (eksplicitna grožnja običajnim kriptografskim tehnikam), natančnejšo simulacijo kvantnih pojavov in zelo učinkovito iskanje po bazi podatkov.
Za kateri koli iskalni prostor velikosti n vozlišč, kjer vsako vozlišče predstavlja možno rešitev problema, obstaja samo ena možna rešitev in vsako vozlišče je treba posebej preveriti glede lastnosti, ki ustrezajo pravilni rešitvi, kvantno računalništvo ponuja fantastično hitrost. V običajnih računalnikih je povprečni čas iskanja čas, potreben za preverjanje vsakega vozlišča, pomnožen s številom vozlišč (n), deljeno z dvema (verjetno je, da bo rešitev najdena približno na polovici iskanja). V kvantnih računalnikih je povprečni čas iskanja čas, potreben za preverjanje vsakega vozlišča, pomnožen s kvadratnim korenom iz n. To daje veliko prednost, ki postane še bolj impresivna, če razmišljamo o večjih težavah.
Vseh aplikacij zrelih kvantnih računalnikov še ni mogoče zamisliti. Največje število kubitov, ki jih je kdaj vseboval en sistem kvantnega računalništva, je 7. Ker se raziskave kvantnega računalništva hitro nadaljujejo z več milijoni dolarjev financiranja, bo le vprašanje časa, ko bo prišlo do kritičnega preboja in izumljanja impresivnih aplikacij.