Jest to układ fizyczny, do opisu którego wymagana jest mechanika kwantowa, zaprojektowany tak, aby wynik ewolucji tego układu reprezentował rozwiązanie określonego problemu obliczeniowego. Schemat komputera kwantowego Kane'a
Dane w komputerach kwantowych są reprezentowane przez aktualny stan kwantowy układu stanowiącego komputer. Jego ewolucja odpowiada procesowi obliczeniowemu. Odpowiednie zaplanowanie ewolucji układu kwantowego, czyli stworzenie odpowiedniego algorytmu kwantowego pozwala teoretycznie na osiągnięcie wyników w znacznie efektywniejszy sposób, niż za pomocą tradycyjnych komputerów.
Rejestr kwantowy– układ wielu kubitów, który zgodnie z jednym z podstawowych postulatów mechaniki kwantowej może być rozpatrywany jako układ izolowany złożony z wielu układów składowych (poszczególne kubity należące do rejestru) Jeśli rejestr kwantowy zawiera superpozycję bardzo wielu uzyskanych równolegle wyników, to aby wyłuskać z niego potrzebne nam dane, potrzebujemy algorytmów kwantowych. Algorytmy wykonywane przez komputer kwantowy są algorytmami probabilistycznymi. Oznacza to, że uruchamiając ten sam program na komputerze kwantowym dwukrotnie, można by było otrzymać zupełnie różne wyniki ze względu na losowość procesu kwantowego pomiaru.
Na możliwość budowy komputerów wykorzystujących prawa fizyki kwantowej zwrócił uwagę na początku lat 80. Paul Benioff z Argonne National Laboratory w Stanach Zjednoczonych. Kompletną teorię działania komputera kwantowego stworzył w połowie lat 80. David Deutsch z brytyjskiego Uniwersytetu Oksfordzkiego. Dołączył do nich następnie polski informatyk i fizyk Artur Ekert, też związany na stałe z Oksfordem. Pomysł wzbudził szersze zainteresowanie w 1994 roku, gdy Peter Shor z AT&T Bell Labs w Murray Hill wymyślił algorytm, który przy użyciu komputera kwantowego mógłby szybko rozkładać bardzo duże liczby na iloczyny liczb pierwszych.
Od jakiegoś czasu wiadomo, że korporacja Google używa komputerów kwantowych, które pomagają w segregowaniu graficznych zasobów Internetu. Okazuje się jednak, że podobny projekt ma również okryta złą sławą amerykańska agencja NSA. Ich celem jest możliwość złamania dowolnego szyfru stosowanego, przez użytkowników sieci.