未來，量子計算機或許能夠解決複雜的最佳化問題，快速挖掘海量資料集，模擬目前需要數十億美元粒子加速器的物理實驗，並完成許多超出當今計算機能力的任務。前提是它們能夠被製造出來。但即便艱鉅的技術挑戰使夢想遙不可及，理論家們也越來越多地利用量子計算的思想和技術來解決經典計算機科學、數學和密碼學中深刻的、長期存在的問題。
“關於量子計算機是否真的會被製造出來，存在著激烈的爭論，”佐治亞理工學院的密碼學家和計算機科學家克里斯·佩克特 (Chris Peikert) 說。“但這與量子技術或量子演算法是否能幫助你以新的方式解決問題是不同的問題。”
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近年來，量子思想幫助研究人員證明了名為基於格的密碼系統的有前途的資料加密方案的安全性，這些方案的一些應用可以保護使用者的敏感資訊，例如 DNA，即使是處理這些資訊的公司也無法訪問。量子計算證明也推匯出了糾錯碼的最小長度公式，這是防止資料損壞的保障措施。
量子思想也激發了一些重要的理論成果，例如對一個古老的、錯誤的演算法的駁斥，該演算法聲稱可以有效地解決著名的難題“旅行商問題”，該問題詢問如何找到透過多個城市的最快路線。
紐約大學的計算機科學家奧德·雷格夫 (Oded Regev) 說：“如果只發生一次，那可能是巧合，但當我們‘量子思維’並提出證明時，會出現很多例項。”
這種反覆出現的主題使一些研究人員認為，量子計算不是計算機科學的一個深奧的子領域，而是經典計算的概括，就像多邊形是三角形的概括一樣。正如多邊形可以有任意數量的邊，而三角形只有三條邊一樣，量子計算機可以執行由任意數字（正數或負數、實數或虛數）表示的操作，而經典計算機上的操作僅使用非負實數。
作為更一般的情況，量子思想是開發更具體的經典計算證明的有力工具。“有許多與量子無關的經典問題，但最容易的分析方法是將其推廣到量子水平，使用量子資訊理論證明一些東西，並將結果縮減回經典水平，” 荷蘭數學和計算機科學中心的理論計算機科學家羅納德·德·沃爾夫 (Ronald de Wolf) 說。
目前，據估計只有不到 5% 的理論計算機科學家研究量子計算。但研究人員表示，“量子思維”最近的成功已導致越來越多的理論家開始溫習他們的物理知識。“量子計算的這些非常引人注目的衍生品實際上吸引了經典計算機科學家學習一些關於量子計算的知識，”麻省理工學院的理論計算機科學家斯科特·阿倫森 (Scott Aaronson) 說。
量子計算的目標是利用量子尺度上粒子的奇異行為來進行傳統計算機認為不可行的計算。普通計算機將資訊“位”儲存在電晶體中，電晶體就像開關一樣，可以配置為兩種狀態之一，用“1”或“0”表示。量子計算機將資訊“量子位”儲存在亞原子粒子中，例如電子或光子，它們可以存在於狀態 1 或 0，或同時存在於兩種狀態的疊加狀態中，並且可以相互糾纏，以便一個量子位的狀態決定另一個量子位的狀態。
疊加和糾纏導致量子位的行為與位非常不同。傳統計算機中的雙位電路只能處於四種可能狀態之一（0 和 0、0 和 1、1 和 0 或 1 和 1），而一對量子位可以處於所有四種狀態的組合中。隨著電路中量子位數量的增加，可能的狀態數量以及系統中包含的資訊量呈指數級增長。僅有幾百個量子位的量子計算機就能夠比今天的超級計算機更快地解決某些問題。
唯一的問題是，沒有人能夠構建出量子位數量超過雙手能數得過來的量子電路。IBM 研究公司超導量子計算組的物理學家克里斯·利拉基斯 (Chris Lirakis) 解釋說，為了防止量子位系統的脆弱糾纏崩潰，該系統必須被隔離並冷卻到接近絕對零度的溫度。與此同時，量子位必須間隔約一釐米，以防止在一個量子位上執行的操作改變相鄰量子位的狀態。這個挑戰使得包含一千個量子位的系統過於龐大，無法放入能夠實現如此極端冷卻的冰箱中。
“為了使系統具有可擴充套件性，需要解決許多非常嚴重的工程挑戰，”利拉基斯說。“這是所有這些不同問題之間的拉鋸戰。”
雷格夫曾與佩克特合作使用量子思想來證明基於格的密碼系統的安全性，他說他希望量子計算機能在他的有生之年被製造出來，這樣他就可以親眼目睹它們的執行。“但量子已經產生了如此巨大的影響，即使量子計算機永遠不會被製造出來，我也不會太在意，”他說。
隨著量子技術在計算機科學家中越來越受歡迎，它們可能會產生更多的經典結果。“正是這些結果讓我相信，即使宇宙不是量子力學的，”阿倫森說，“計算機科學家最終也會發明量子計算作為一種證明工具。”
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