کامپیوترها، تلفن‌ها و به طور کلی پردازنده‌های امروزی که به وسیله آن در حال مطالعه این مقاله هستید از محاسبات کلاسیک که بر پایه بیت هستند، استفاده می‌کنند. بیت ها کوچکترین جز محاسباتی کامپیوتر ها هستند که می‌توانند 0 به معنی خاموش و یا 1 به معنی روشن باشند. تمامی پردازش‌هایی که کامپیوترها انجام می‌دهند بر پایه عملیات های ریاضی (جمع، تفریق، ضرب و تقسیم) می‌باشند که روی این بیت‌ها انجام می‌شود. عملیات ذخیره سازی و پردازش بیت‌ها توسط یک سوییچ به نام ترانزیستور (Transistor) انجام می‌شود. ترانزیستورها در حالت ساده شده، همانند کلید روشن و خاموش چراغ روشنایی عمل می‌کنند که می‌توانند روشن یا خاموش باشند. ترانزیستورها به کمک گیت های منطقی (Logic Gates) عملیات های ریاضی را به صورت سخت افزاری محاسبه می‌کنند و نتیجه نهایی بعد از سپری شدن مراحل مختلف به صورت تصویر، صوت و … به کاربر تحویل داده می‌شود.
در کامپیوتر کوانتومی، همانند کامپیوتر‌های معمولی به طور کلی از قوانین حاکم بر بیت ، گیت های منطقی و الگوریتم ها و سایر اجزا استفاده می‌شود با این تفاوت که قوانین حاکم بر ارتباطات کوانتومی نیز در این بین دخیل هستند. در معماری کامپیوتر کوانتومی به جای بیت از کیوبیت (Qubit) استفاده شده است که به آن بیت کوانتومی نیز گفته می‌شود. تفاوت کامپیوتر کوانتومی و معمولی دقیقا از این نقطه آغاز می‌شود. اگر مباحث مربوط به گیت های منطقی برایتان جذاب باشد، پیشنهاد می‌کنیم از مقاله‌ی مدار منطقی دیدن فرمائید.
همانطور که در قسمت قبل گفته شد بیت‌ها می‌توانند در هر لحظه بیانگر یک یا صفر باشند و عددی مابین این دو عدد قابل قبول نیست. کیوبیت‌ها سیستم‌هایی هستند همانند بیت‌ها که می‌توانند یک یا صفر باشند با این تفاوت که علاوه بر اینکه می‌توانند صفر یا یک باشند، در هر لحظه بر اساس احتمالی بین صفر یا یک می‌توانند قرار داشته باشند که این همان اصل برهم نهی (Superposition) می‌باشد و هنگامی که یک کیوبیت را می‌خواهیم اندازه بگیریم، مقدار آن اجبارا باید یا یک یا صفر باشد که این اثر را همان اثر درهم تنیدگی (Entanglement) می‌نامند.
در کامپیوتر کوانتومی از گیت های کوانتومی به جای گیت های معمولی استفاده می‌شود، و به جای ترانزیستورها و مدارهای رایج از اتم ها و ذرات بنیادی برای پردازش اطلاعات استفاده می‌شود، به عنوان مثال یک اتم می‌تواند به عنوان یک بیت حافظه در کامپیوتر استفاده شود و جابه جایی اطلاعات توسط نور انجام شود. با وجود این مسئله نیاز است که اتم‌ها و ذرات زیراتمی در حالت خاصی نگهداری شوند از جمله این شرایط می‌توان به شرایط محیطی اشاره کرد که در آن دما باید نزدیک به دمای صفر مطلق باشد که فراهم کردن این شرایط بسیار سخت است، یا در مدل‌هایی از کامپیوتر کوانتومی از ابررسانا‌ها استفاده می‌شود اما در کامپیوتر‌های معمولی لزوما همه‌ی قطعات از ابررسانا‌ها ساخته نمی‌شوند.
یکی از اصلی ترین دلایلی که دانشمندان را به سمت کامپیوتر کوانتومی سوق داد سرعت پردازش خیره کننده آنها بود. به دلیل خواص کوانتومی که این کامپیوترها دارند توانایی این را دارند که محاسبات خود را بر خلاف آنچه که در گیت های منطقی که در کامپیوتر‌های معمولی رخ می‌دهد به صورت موازی (Parallel) انجام دهند. در کامپیوتر‌های معمولی پردازش ها به صورت سری (Serial) انجام می‌شود و تنها در صورتی می‌توان از پردازش موازی استفاده کرد که بیش از یک پردازنده وجود داشته باشد. الگوریتم های خاصی مانند شور و گراور که در کامپیوتر کوانتومی اجرا میشوند گاه قادر هستند زمان محاسبات را که در ابر کامپیوترها ممکن است به هفته‌ها، ماه‌ها یا سال‌ها طول بکشد را به مدت زمان کوتاهی تقلیل دهند.
نکته ای که بسیار حائز اهمیت است، مصرف انرژی این کامپیوترها می‌باشد. کامپیوتر کوانتومی مصرف بسیار پایین انرژی را در مقایسه با ابر کامپیوترها دارد به طوری که یک ابر کامپیوتر مصرف برقی بین ۱ تا ۱۰ مگاوات دارد اما مصرف انرژی یک کامپیوتر کوانتومی ساخته شده بین ۲۰ تا ۳۰ کیلووات می‌باشد و این به معنای این می‌باشد که به ازای یک مقدار محاسبات مشخص، کامپیوتر کوانتومی صدمه کمتری به محیط زیست وارد می‌کند.
همانطور که می‌دانید تا قبل از اختراع ترانزیستور، لامپ های خلا بودند که وظیفه ترانزیستورها را برعهده داشتند. این لامپ‌ها بسیار بزرگ بودند و فضای بسیار زیادی را اشغال می‌کردند. بعد‌ها با دسترسی بشر به تکنولوژی ساخت ترانزیستورها، ابعاد این ترانزیستورها به طرز چشمگیری کاهش یافت به طوری که کوچکترین کامپیوتر ساخته شده ابعادی کوچکتر از یک دانه برنج دارد. اما این روند کوچک سازی ترانزیستورها فرایندی سخت و کند است و در نقطه‌ای متوقف می‌شود به دلیل اینکه در ابعاد بسیار کوچک دیگر قوانین کلاسیک عملکرد خود را از دست می‌دهند و در این مرحله قوانین فیزیک کوانتوم هستند که نقش تعیین کننده‌ای را ایفا می‌کنند.
در مقابل ما رایانه های کوانتومی را داریم که از قوانین فیزیک کوانتوم پیروی می‌کنند. این دستگاه‌ها باید بتوانند یک اتم را به دام اندازند و ماده را ابررسانا کنند به نحوی که جریان را بدون وجود مقاومت هدایت کند در نتیجه می‌توان خواص کوانتومی را بر این سیستم‌ها اعمال کرد. برای انجام این چنین اعمالی ریزپردازنده باید در دمای صفر مطلق نگهداری شود. در این دما ذرات کمترین انرژی گرمایی را دارند، اما مسئله‌ای که وجود دارد این است که نگهداری سیستم در این دما بسیار کار دشوار و پرهزینه‌ای است به دلیل اینکه کوچکترین مقدار انرژی که از محیط به داخل سیستم وارد شود باعث می‌شود که کیوبیت‌ها دچار فروپاشی و تجزیه شوند و به بیت‌های معمولی تبدیل شوند که این مسئله هزینه سنگینی را به دنبال خواهد داشت. وجود هر کیوبیت اضافه در سیستم باعث افزایش پیچیدگی ماشین خواهد شد و در نتیجه باید پالس های الکترومغناطیسی که مسئولیت کنترل سیستم را دارند بدون کوچکترین مشکلی تنظیم شوند.
