Kvantno računalo je svaki uređaj koji iskorištava kvantnomehaničke pojave za pokretanje algoritama. Budući da kvantna računala imaju bitno drugačija računska svojstva od konvencionalnih računala, podaci koji se drže u kvantnim računalima nazivaju se kubitima, a ne bitovima. U konvencionalnim računalima podaci su predstavljeni mikroskopskim žljebovima na tvrdom disku. U kvantnom računalu podaci su predstavljeni kvantnim svojstvima dane molekule ili skupa molekula.
Umjesto izvođenja računanja dohvaćanjem podataka s tvrdog diska i njihovom obradom pomoću integriranog kruga ispunjenog logičkim vratima, kvantna računala obrađuju podatke bombardirajući molekulu koja sadrži informacije kratkim impulsima zračenja. Svaki ciklus bombardiranja predstavlja algoritamsku operaciju nad podacima sadržanim u molekuli. Kada se algoritam završi, mjeri se kvantno stanje molekule, proces koji sam po sebi utječe na krajnji rezultat. To je zbog fundamentalno nesigurne prirode kvantne mehanike.
Kako bi se zaobišla ova poteškoća, algoritmi kvantnog računanja pokreću se više puta i ponderirani prosjek izlaza asimptotski se približava točnom odgovoru. Budući da su kvantnomehanički fenomeni inherentno vjerojatnost, a ne deterministički, dobro definiran odgovor iz prvog pokušaja nije moguć.
Kvantna računala posjeduju određene sposobnosti koje klasičnim računalima nedostaju. Kvantno računalstvo omogućuje brzu faktorizaciju velikih brojeva (eksplicitna prijetnja konvencionalnim kriptografskim tehnikama), točniju simulaciju kvantnih fenomena i vrlo učinkovito pretraživanje baze podataka.
Za bilo koji prostor za pretraživanje veličine n čvorova, gdje svaki čvor predstavlja moguće rješenje problema, postoji samo jedno moguće rješenje, a svaki čvor mora se pojedinačno provjeriti za svojstva koja odgovaraju ispravnom rješenju, kvantno računanje nudi fantastično ubrzanje. U konvencionalnim računalima, prosječno vrijeme pretraživanja je vrijeme potrebno za provjeru svakog čvora pomnoženo s brojem čvorova (n) podijeljeno s dva (vjerojatno će se rješenje pronaći otprilike na polovici pretraživanja). U kvantnim računalima prosječno vrijeme pretraživanja je vrijeme potrebno za provjeru svakog čvora pomnoženo s kvadratnim korijenom od n. To daje veliku prednost koja postaje još impresivnija kada razmatramo veće probleme.
Još nije moguće zamisliti sve primjene zrelih kvantnih računala. Najveći broj kubita ikada sadržanih u jednom kvantnom računskom sustavu je 7. Kako se istraživanja kvantnog računanja ubrzano nastavljaju s mnogo milijuna dolara financiranja, bit će samo pitanje vremena kada se ne dogodi kritičan napredak i izmisle impresivne aplikacije.