亚原子世界，在那里粒子与其说是固体，不如说是概率的模糊不清，可能看起来违反直觉，甚至是不合逻辑的。但自从 1980 年代初期以来，许多科学家（从已故的理查德·费曼开始）一直在思考如何利用量子物理学的怪异定律来实现合理的最终目的；他们的目标是创造一种全新的计算机，它比任何现代硅设备都更小、更快。尽管功能性的“量子计算机”仍然超出了当前技术的能力范围，但一系列理论和实践上的进步表明，朝着这个目标取得了一些令人鼓舞的进展。
在量子计算机中，信息不是以一串 1 和 0 的形式存储，而是以一系列量子力学状态的形式存储：例如电子的自旋方向，或光子的偏振方向。1985 年，牛津大学的戴维·多伊奇指出，量子物理定律允许粒子同时处于多个状态，这使得量子计算机中的每个粒子可以保存多个比特的信息。（在这个领域，“比特”一词被“量子比特”取代，意思是量子比特。）一台包含一百个粒子的计算机可以一次对 2100 个数字进行计算。同时处理多个数字的能力——被称为大规模并行——将使量子计算机非常适合一些基本的计算任务，例如分解大数。两年前，AT&T 贝尔实验室的彼得·W·肖尔提出了一个算法，精确地展示了量子计算机将如何执行这样的任务。
但是量子计算机的功能远不止分解大数。在去年五月的 ACM 计算理论研讨会上，同样来自贝尔实验室的洛夫·K·格罗弗宣布了一个更实际的应用：一个巧妙的算法，它基于肖尔的想法，允许量子计算机在数据库中进行闪电般快速的搜索。在这个方案中，数据库中的每个条目都将由计算机中粒子的量子态表示。依靠控制这些粒子的固有模糊定律，格罗弗的算法将增强系统中与所需项目对应的状态，并抑制其他状态。该算法不是在列表中迟钝地摸索，而是一次性对所有粒子进行操作，因此它可以远远超过经典计算机的速度和效率。
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这种列表搜索能力可以应用于许多其他需要找到集合的最佳成员的任务中。分解和搜索的综合能力可能使量子计算机成为破解代码（包括数据加密标准，即美国政府的官方加密标准）的理想工具。
量子计算机的另一个令人兴奋的作用是将它们转回自己的世界，并用它们来模拟其他量子力学系统——例如原子核中夸克的行为，或超导体中的电子行为。麻省理工学院的赛斯·劳埃德是研究实现这一奇特想法的具体方法的领先研究人员之一。本质上，一组粒子的量子行为将充当不同系统的代理，绕过通常需要编程到计算机中的极其复杂的模拟规则。
虽然没有人否认量子计算机的巨大潜力，但即使是最热情的拥护者也对在建造可用设备之前必须克服的障碍感到清醒。其中最大的一点是，最轻微的外部干扰——例如热或光——都会破坏存储信息并使计算成为可能的量子态的平衡。在技术术语中，系统失去了它的量子相干性。读取量子比特状态的过程本身就会破坏相干性，因此检索计算结果是一个艰巨的挑战。即使系统没有崩溃，量子计算机也会自然地积累错误；为经典计算机开发的错误纠正方案无法转化为亚原子领域。
然而，在这方面，最近也取得了实质性的进展。肖尔正在研究一种方法，通过这种方法，每一条信息都被分散或纠缠在几个量子比特上。这样，其中一个量子态的错误衰减不会丢失信息。当然，使用额外的量子比特会牺牲一些效率。肖尔最初的方案涉及使用九个量子比特。最近，洛斯阿拉莫斯国家实验室的雷蒙德·拉弗拉姆和他的同事们推导出了一种只需要五个量子比特的纠错技术。肖尔还在研究在量子计算机的结果受到污染之前允许多少错误；本质上，量子计算的支持者正在试图从头开始重新发明其他计算机科学家自现代电子计算机的祖先 ENIAC 时代以来开发的所有基本逻辑问题。
而从事 ENIAC 工作的程序员比肖尔和他的同类人有一个显著的优势：他们至少有一个物理设备可以使用。由大卫·J·温兰领导的国家标准与技术研究院的研究人员，以及由加州理工学院的 H.杰夫·金布尔领导的团队，在构建充当粗糙逻辑门（类似于纳米晶体管）的真实量子系统方面取得了一些进展。这仅仅是朝着完整、可用的量子计算机迈出的第一步。（点击此处查看加州理工学院实验装置的示意图。）
尽管如此，许多人认为技术障碍是可以克服的。麻省理工学院、加州理工学院和南加州大学的研究人员联合起来成立了量子信息与计算研究所。国防部的先进研究计划署 (ARPA) 提供了一项为期五年、价值 500 万美元的拨款——这只是国防研发总额的一小部分，但表明了人们相信量子计算最终将在我们的宏观生活中找到一席之地。