未来，量子计算机或许能够解决复杂的优化问题，快速挖掘海量数据集，模拟目前需要数十亿美元粒子加速器的物理实验，并完成许多超出当今计算机能力的任务。前提是它们能够被制造出来。但即便艰巨的技术挑战使梦想遥不可及，理论家们也越来越多地利用量子计算的思想和技术来解决经典计算机科学、数学和密码学中深刻的、长期存在的问题。
“关于量子计算机是否真的会被制造出来，存在着激烈的争论，”佐治亚理工学院的密码学家和计算机科学家克里斯·佩克特 (Chris Peikert) 说。“但这与量子技术或量子算法是否能帮助你以新的方式解决问题是不同的问题。”
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近年来，量子思想帮助研究人员证明了名为基于格的密码系统的有前途的数据加密方案的安全性，这些方案的一些应用可以保护用户的敏感信息，例如 DNA，即使是处理这些信息的公司也无法访问。量子计算证明也推导出了纠错码的最小长度公式，这是防止数据损坏的保障措施。
量子思想也激发了一些重要的理论成果，例如对一个古老的、错误的算法的驳斥，该算法声称可以有效地解决著名的难题“旅行商问题”，该问题询问如何找到通过多个城市的最快路线。
纽约大学的计算机科学家奥德·雷格夫 (Oded Regev) 说：“如果只发生一次，那可能是巧合，但当我们‘量子思维’并提出证明时，会出现很多实例。”
这种反复出现的主题使一些研究人员认为，量子计算不是计算机科学的一个深奥的子领域，而是经典计算的概括，就像多边形是三角形的概括一样。正如多边形可以有任意数量的边，而三角形只有三条边一样，量子计算机可以执行由任意数字（正数或负数、实数或虚数）表示的操作，而经典计算机上的操作仅使用非负实数。
作为更一般的情况，量子思想是开发更具体的经典计算证明的有力工具。“有许多与量子无关的经典问题，但最容易的分析方法是将其推广到量子水平，使用量子信息理论证明一些东西，并将结果缩减回经典水平，” 荷兰数学和计算机科学中心的理论计算机科学家罗纳德·德·沃尔夫 (Ronald de Wolf) 说。
目前，据估计只有不到 5% 的理论计算机科学家研究量子计算。但研究人员表示，“量子思维”最近的成功已导致越来越多的理论家开始温习他们的物理知识。“量子计算的这些非常引人注目的衍生品实际上吸引了经典计算机科学家学习一些关于量子计算的知识，”麻省理工学院的理论计算机科学家斯科特·阿伦森 (Scott Aaronson) 说。
量子计算的目标是利用量子尺度上粒子的奇异行为来进行传统计算机认为不可行的计算。普通计算机将信息“位”存储在晶体管中，晶体管就像开关一样，可以配置为两种状态之一，用“1”或“0”表示。量子计算机将信息“量子位”存储在亚原子粒子中，例如电子或光子，它们可以存在于状态 1 或 0，或同时存在于两种状态的叠加状态中，并且可以相互纠缠，以便一个量子位的状态决定另一个量子位的状态。
叠加和纠缠导致量子位的行为与位非常不同。传统计算机中的双位电路只能处于四种可能状态之一（0 和 0、0 和 1、1 和 0 或 1 和 1），而一对量子位可以处于所有四种状态的组合中。随着电路中量子位数量的增加，可能的状态数量以及系统中包含的信息量呈指数级增长。仅有几百个量子位的量子计算机就能够比今天的超级计算机更快地解决某些问题。
唯一的问题是，没有人能够构建出量子位数量超过双手能数得过来的量子电路。IBM 研究公司超导量子计算组的物理学家克里斯·利拉基斯 (Chris Lirakis) 解释说，为了防止量子位系统的脆弱纠缠崩溃，该系统必须被隔离并冷却到接近绝对零度的温度。与此同时，量子位必须间隔约一厘米，以防止在一个量子位上执行的操作改变相邻量子位的状态。这个挑战使得包含一千个量子位的系统过于庞大，无法放入能够实现如此极端冷却的冰箱中。
“为了使系统具有可扩展性，需要解决许多非常严重的工程挑战，”利拉基斯说。“这是所有这些不同问题之间的拉锯战。”
雷格夫曾与佩克特合作使用量子思想来证明基于格的密码系统的安全性，他说他希望量子计算机能在他的有生之年被制造出来，这样他就可以亲眼目睹它们的运行。“但量子已经产生了如此巨大的影响，即使量子计算机永远不会被制造出来，我也不会太在意，”他说。
随着量子技术在计算机科学家中越来越受欢迎，它们可能会产生更多的经典结果。“正是这些结果让我相信，即使宇宙不是量子力学的，”阿伦森说，“计算机科学家最终也会发明量子计算作为一种证明工具。”
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