亞原子世界，在那裡粒子與其說是固體，不如說是機率的模糊不清，可能看起來違反直覺，甚至是不合邏輯的。但自從 1980 年代初期以來，許多科學家（從已故的理查德·費曼開始）一直在思考如何利用量子物理學的怪異定律來實現合理的最終目的；他們的目標是創造一種全新的計算機，它比任何現代矽裝置都更小、更快。儘管功能性的“量子計算機”仍然超出了當前技術的能力範圍，但一系列理論和實踐上的進步表明，朝著這個目標取得了一些令人鼓舞的進展。
在量子計算機中，資訊不是以一串 1 和 0 的形式儲存，而是以一系列量子力學狀態的形式儲存：例如電子的自旋方向，或光子的偏振方向。1985 年，牛津大學的戴維·多伊奇指出，量子物理定律允許粒子同時處於多個狀態，這使得量子計算機中的每個粒子可以儲存多個位元的資訊。（在這個領域，“位元”一詞被“量子位元”取代，意思是量子位元。）一臺包含一百個粒子的計算機可以一次對 2100 個數字進行計算。同時處理多個數字的能力——被稱為大規模並行——將使量子計算機非常適合一些基本的計算任務，例如分解大數。兩年前，AT&T 貝爾實驗室的彼得·W·肖爾提出了一個演算法，精確地展示了量子計算機將如何執行這樣的任務。
但是量子計算機的功能遠不止分解大數。在去年五月的 ACM 計算理論研討會上，同樣來自貝爾實驗室的洛夫·K·格羅弗宣佈了一個更實際的應用：一個巧妙的演算法，它基於肖爾的想法，允許量子計算機在資料庫中進行閃電般快速的搜尋。在這個方案中，資料庫中的每個條目都將由計算機中粒子的量子態表示。依靠控制這些粒子的固有模糊定律，格羅弗的演算法將增強系統中與所需專案對應的狀態，並抑制其他狀態。該演算法不是在列表中遲鈍地摸索，而是一次性對所有粒子進行操作，因此它可以遠遠超過經典計算機的速度和效率。
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這種列表搜尋能力可以應用於許多其他需要找到集合的最佳成員的任務中。分解和搜尋的綜合能力可能使量子計算機成為破解程式碼（包括資料加密標準，即美國政府的官方加密標準）的理想工具。
量子計算機的另一個令人興奮的作用是將它們轉回自己的世界，並用它們來模擬其他量子力學系統——例如原子核中夸克的行為，或超導體中的電子行為。麻省理工學院的賽斯·勞埃德是研究實現這一奇特想法的具體方法的領先研究人員之一。本質上，一組粒子的量子行為將充當不同系統的代理，繞過通常需要程式設計到計算機中的極其複雜的模擬規則。
雖然沒有人否認量子計算機的巨大潛力，但即使是最熱情的擁護者也對在建造可用裝置之前必須克服的障礙感到清醒。其中最大的一點是，最輕微的外部干擾——例如熱或光——都會破壞儲存資訊並使計算成為可能的量子態的平衡。在技術術語中，系統失去了它的量子相干性。讀取量子位元狀態的過程本身就會破壞相干性，因此檢索計算結果是一個艱鉅的挑戰。即使系統沒有崩潰，量子計算機也會自然地積累錯誤；為經典計算機開發的錯誤糾正方案無法轉化為亞原子領域。
然而，在這方面，最近也取得了實質性的進展。肖爾正在研究一種方法，透過這種方法，每一條資訊都被分散或糾纏在幾個量子位元上。這樣，其中一個量子態的錯誤衰減不會丟失資訊。當然，使用額外的量子位元會犧牲一些效率。肖爾最初的方案涉及使用九個量子位元。最近，洛斯阿拉莫斯國家實驗室的雷蒙德·拉弗拉姆和他的同事們推匯出了一種只需要五個量子位元的糾錯技術。肖爾還在研究在量子計算機的結果受到汙染之前允許多少錯誤；本質上，量子計算的支持者正在試圖從頭開始重新發明其他計算機科學家自現代電子計算機的祖先 ENIAC 時代以來開發的所有基本邏輯問題。
而從事 ENIAC 工作的程式設計師比肖爾和他的同類人有一個顯著的優勢：他們至少有一個物理裝置可以使用。由大衛·J·溫蘭領導的國家標準與技術研究院的研究人員，以及由加州理工學院的 H.傑夫·金布林領導的團隊，在構建充當粗糙邏輯閘（類似於奈米電晶體）的真實量子系統方面取得了一些進展。這僅僅是朝著完整、可用的量子計算機邁出的第一步。（點選此處檢視加州理工學院實驗裝置的示意圖。）
儘管如此，許多人認為技術障礙是可以克服的。麻省理工學院、加州理工學院和南加州大學的研究人員聯合起來成立了量子資訊與計算研究所。國防部的先進研究計劃署 (ARPA) 提供了一項為期五年、價值 500 萬美元的撥款——這只是國防研發總額的一小部分，但表明了人們相信量子計算最終將在我們的宏觀生活中找到一席之地。