Günümüzdeki bilgisayar teknolojisinde, gün geçtikçe daha hızlı ve daha etkin
hesaplamaya yönelik önemli adımlar gözlenmektedir. Bilgisayarlar, başlangıçta
mekanik bir yapıya sahip iken zaman içerisinde elektronikte toplu (entegre) devreler,
bilgisayarların yeni yapı taşlarını oluşturdular ve önceki bilgisayar teknolojisinde
kullanılan rölelerin, vakum tüplerinin ve transistörlerin yerini aldılar. Yani,
bilgisayar devrelerindeki eleman sayısı arttıkça, kullanılan elektronik elemanların
boyutları küçülmüştür. Bugün için bilgisayarların toplu işlemcilerinde, 42 milyon
adet transistör bulunmaktadır. Bu sayı, her yıl ikiye katlanarak artmaktadır.
Gelecekte mikroelektronik elemanların birkaç atomdan oluşan modelleri karşımıza
çıkabilecektir.
Alışılmış (klasik) bilgisayarların işlem gücünün artmasına karşın,
çözemeyeceğimiz bazı problemler bulunmaktadır. Daha etkin ve hızlı hesaplama için
kuantum kuramlarının geçerli olduğu algoritmalara (akış çizelgelerine) göre çalışan
yeni kuantum bilgisayarları için yorucu ama heyecan verici çalışmalar yapılmaktadır.
Kuantum kuramlarından yararlanarak algoritmalar oluşturma kavramı, 1980li
yıllarda başlamıştır. Paul Benioff, kuantum bilgisayarı için bir mantık geçidi
tasarladı. 1982de kuantum fiziksel bir sistemin bilgisayar benzetişiminin, klasik
bilgisayarlarda klasik olasılık yöntemler kullanılarak etkili bir biçimde
yapılamayacağı, ancak kuantum bilgisayarlarıyla bunun mümkün olacağı, Feynman
tarafından önerildi. 1994 yılında ise Peter Shor, kuantum bilgisayarları için bir
algoritma geliştirdi. Böylece, yüzlerce haneden oluşan sayıları çok kısa sürede
çarpanlara ayırmak için algoritma araştırmaları arttı ve bir ya da birkaç mantık
geçidinden oluşan kuantum bilgisayarları ortaya çıkmaya başladı.
Bilgisayarlarda saklanabilecek en küçük veri parçası binary digit in kısaltılmışı
olan bit dir. Bir bit, sıfır ’0′ ve bir ‘1’ olmak üzere iki değer alabilir. Klasik bilgisayarlarda bilgi bir bitler sicimi gibi kodlanır.Kuantum dünyasına baktığımız zaman, Werner Heisenbergin ortaya koyduğu belirsizlik ilkesi ile karşılaşırız. Bu ilkeye göre; bir parçacığındurumu,hiçbir zaman kesin bir değerle belirlenemez. Konumundaki belirsizlik ile,hızındaki belirsizliğin çarpımı her zaman sıfırdan farklı olmak zorundadır. Parçacığın hızını belirlemek için yapılan gözlem, parçacığın konumunu değiştirir. Örneğin bir protonun çevresinde dolaşan elektronun belli bir anda nerede bulunduğunu belirlemek mümkün değildir.
Erwin Shrödinger, parçacıkların konumunun tek bir değer yerine tüm değişkenlerin
olası durumlarını kapsayan bir dalga fonksiyonu ile açıklanabileceğini kanıtladı.
Kuantum mekaniğinin birinci postülasõna göre, bir fiziksel sistemin belirli bir t
anındaki durumu, Ψ (r ,t) dalga fonksiyonu ile belirlenir. Schrödinger denkleminin
çözümleri, dalgaların üst üste binme (süperpozisyon) özelliğine sahip olurlar. ψ1 ve
ψ2 lineer ve homojen bir diferansiyel denklemin çözümleri ise, ψ1 +ψ2 çizgisel
birleşimi de, aynı denklemin çözümüdür.
Kuantum hesaplamada kullanılan temel bilgi değerleri, genel anlamda iki duruma
sahip kuantum sisteminin bu durumlarının toplamı biçiminde ifade edilir. Bir proton
ve bir elektrondan oluşan kuantum sisteminin, taban durum ve uyarılmış durum
gibi iki farklı durumu mantıksal açıdan 0 ve 1 olarak etiketlenip kullanılabilir. Bu
noktada böyle bir sistemin bilgisini taşıyan kuantum bit yani kübit kavramı
karşımıza çıkar.