‎‎Квантовые свойства микрообъектов могут использоваться для представления данных и для выполнения операций над этими данными — это ключевой принцип, лежащий в основе функционирования квантового компьютера.

В отличие от классического компьютера, память которого представляет собой набор бит (базовых единиц информации, которые могут быть сохранены в физической системе, и реализованы в виде двух различных состояний, обозначаемых как 0 и 1), квантовый компьютер имеет память, состоящую из набора так называемых кубитов (квантовых битов). Каждый кубит может находиться не только в состоянии 0 или 1, но и в любом состоянии, представляющем собой квантовую суперпозицию состояний 0 и 1; более того, пара кубитов, являясь связанной квантовой системой, может находиться в любом состоянии, представляющем собой суперпозицию уже четырех состояний и т. д. (в общем случае квантовая система n кубитов может находиться в одном из 2ⁿ состояний).

Упрощенно, процесс вычисления на квантовом компьютере представляет собой последовательность манипуляций над системой кубитов посредствам базовых квантовых операций — в конце измеряется состояние квантовой системы, что и является результатом работы компьютера.

На сегодняшний день, несмотря на отсутствие серьезных достижений в области создания КК (экспериментально квантовые вычисления удалось реализовать лишь для систем с очень малым количеством кубитов), теоретические и практические исследования в этом направлении продолжаются.

Основными проблемами, связанными с созданием КК, являются, во-первых, необходимость обеспечения очень высокой точности измерений квантовых состояний, а во-вторых, необходимость изолирования системы кубитов от внешних воздействий, которые могут разрушить квантовую систему или внести в нее существенные искажения.