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量子計算機有望執行被認為對普通計算機來說不可能完成的計算。其中一些計算具有重大的現實意義。例如，如果有一臺計算機能夠在合理的時間內將一個大數分解成其組成因子，那麼某些廣泛使用的加密方法可能會被破解。幾乎所有用於高度敏感資料的加密方法都容易受到一種或另一種量子演算法的攻擊。
量子計算機的額外能力來自於它對以量子位元或量子位表示的資訊進行運算，而不是位元。一個普通的經典位元可以是0或1，標準的微晶片架構嚴格執行這種二分法。相比之下，量子位元可以處於所謂的疊加態，這意味著0和1的比例共存。可以將可能的量子位元狀態視為球體上的點。北極是經典的1，南極是0，而兩者之間的所有點都是0和1的所有可能的疊加[參見邁克爾·A·尼爾森的《複雜量子世界的規則》；大眾科學，2002年11月]。量子位元在整個球體上自由漫遊的能力有助於賦予量子計算機其獨特的能力。