En kvantdator är vilken enhet som helst som utnyttjar kvantmekaniska fenomen för att köra algoritmer. Eftersom kvantdatorer har fundamentalt annorlunda beräkningsegenskaper än konventionella datorer, kallas data som lagras i kvantdatorer som qubits snarare än bitar. I konventionella datorer representeras data av mikroskopiska spår på en hårddisk. I en kvantdator representeras data av kvantegenskaperna hos en given molekyl eller uppsättning molekyler.
Istället för att utföra beräkningar genom att hämta data från en hårddisk och bearbeta den med hjälp av en integrerad krets fylld med logiska grindar, bearbetar kvantdatorer data genom att bombardera den informationsinnehållande molekylen med korta strålningspulser. Varje bombardemangscykel representerar en algoritmisk operation på data som finns i molekylen. När algoritmen avslutas mäts molekylens kvanttillstånd, en process som i sig påverkar slutresultatet. Detta beror på kvantmekanikens fundamentalt osäkra natur.
För att kringgå denna svårighet körs kvantberäkningsalgoritmer flera gånger och det viktade medelvärdet av utdata närmar sig asymptotiskt det korrekta svaret. Eftersom kvantmekaniska fenomen till sin natur är probabilistiska snarare än deterministiska, är ett väldefinierat svar vid första försöket inte möjligt.
Kvantdatorer har vissa funktioner som klassiska datorer saknar. Kvantberäkning möjliggör snabb faktorisering av stora tal (ett explicit hot mot konventionella kryptografiska tekniker), mer exakt simulering av kvantfenomen och mycket effektiv databassökning.
För varje sökutrymme av storlek n noder, där varje nod representerar en möjlig lösning på ett problem, finns det bara en möjlig lösning, och varje nod måste kontrolleras individuellt för egenskaper som motsvarar en korrekt lösning, kvantberäkning erbjuder en fantastisk hastighet. I konventionella datorer är den genomsnittliga söktiden den tid det tar att kontrollera varje nod gånger antalet noder (n) dividerat med två (det är troligt att lösningen kommer att hittas ungefär halvvägs genom sökningen). I kvantdatorer är den genomsnittliga söktiden den tid det tar att kontrollera varje nod gånger kvadratroten ur n. Detta ger en enorm fördel som bara blir mer imponerande när vi överväger större problem.
Det är ännu inte möjligt att föreställa sig alla tillämpningar av mogna kvantdatorer. Det största antalet kvantbitar som någonsin inkluderats i ett kvantberäkningssystem är 7. Eftersom kvantberäkningsforskningen fortsätter snabbt på många miljoner dollar i finansiering, kommer det bara att vara en tidsfråga innan ett kritiskt genombrott inträffar och imponerande tillämpningar uppfinns.