Computadores quânticos podem parecer ficção cientifica para muita gente, porém são mais reais do que se imagina. Em 1981, Paul Benioff unificou a computação com as leis da mecânica quântica, criando uma nova área de pesquisa chamada computação quântica. De forma simples e direta, podemos dizer que a computação quântica é uma teoria que aplica propriedades quânticas como emaranhamento e superposição nos computadores e processadores, visando o aumento exponencial de desempenho dos mesmos.

As aplicações da mecânica quântica à computação são extraordinárias. A mais notável de todas as possibilidades é com certeza o avanço gigantesco na velocidade de processamentos dos computadores. O princípio básico da computação clássica é utilizar bits como unidade básica de informação. Os bits, dígitos binários, utilizam dois valores para o armazenamento de informações. Estes valores podem ser 0 e 1 (números binários), verdadeiro ou falso, entre outros. Isso quer dizer que os bits podem assumir um valor ou outro e isso restringe sua capacidade de processamento, já que de acordo com a física clássica só se pode ter um valor ou outro, nunca os dois ao mesmo tempo.

Em termos práticos, o que acontece é que os bits normalmente são fluxos elétricos. É programada uma voltagem padrão e se a voltagem for maior ou menor que a voltagem padrão programada o computador entenderá como 0 ou 1, por exemplo. Para que os computadores façam isso, é necessário haver um sistema para aumentar ou restringir o fluxo de eletricidade, o que gasta tempo e energia.

Por outro lado, os bits quânticos (ou qbits) utilizam um princípio quântico conhecido como superposição para armazenar informações. A superposição é uma lei da mecânica quântica que diz: em qualquer sistema quântico em que haja uma quantidade observável que possua dois ou mais valores (no caso 0 e 1 ou verdadeiro ou falso) ocorre uma sobreposição dos estados possíveis, ou seja, de seus valores. Isso implica que o qbit possui simultaneamente os valores 0 e 1 e uma sobreposição destes dois valores, o que significa que qbit possui infinitos valores ou estados possíveis devido à superposição destes. Graças a essa propriedade dos qbits, eles podem realizar muitos cálculos de uma vez, pois ocorre a sobreposição dos cálculos que acontecem simultaneamente.

Os bits clássicos utilizam cargas elétricas para armazenar informação em chips, já os qbits são moléculas ou partículas como elétrons. A vantagem é que os elétrons, por exemplo, possuem uma sobreposição de dois valores de spin (giro das partículas), "para baixo" e "para cima" (os valores de spin funcionam como os valores binários 0 e 1) e giram em velocidades próximas às da luz. Então, após aprisionar os elétrons, os cientistas podem utilizar o spin dos mesmos para guardar informações. Isso cria uma capacidade de armazenamento de informações enorme, já que em poucos centímetros cúbicos existem milhões de elétrons, cada um atuando como um qbit.

Esse é o fundamento básico dos computadores quânticos. Utilizar moléculas e partículas como bits, substituindo valores booleanos como 0 e 1 pelo spin. Outras teorias quânticas, como o emaranhamento quântico, tornam muito maior o número de partículas controláveis. Essa teoria diz que em nível quântico, próximo à escala de Planck, todos os objetos estão intimamente ligados. Isso na computação quântica implica que duas partículas, elétrons no caso, quando criadas conjuntamente, possuem uma ligação graças ao emaranhamento quântico e isso faz com que, por exemplo, quando o spin de uma é alterado, o spin da outra partícula seja instantaneamente alterado, mesmo que separadas por milhões de quilômetros.

A Lei de Moore afirma que a cada 18 meses a velocidade dos processadores existentes dobra. Essa lei mostrou-se verdadeira desde 1965 e estima-se que continue assim até 2015. Caso essa lei prevaleça, até meados de 2030 podemos esperar computadores quânticos pessoais.