Kvantno računarstvo
Kvantno računanje je vrsta proračuna čije operacije mogu iskoristiti fenomene kvantne mehanike, kao što su superpozicija, interferencija i zapetljanost. Uređaji koji izvode kvantna izračunavanja poznati su kao kvantni računari. Iako su trenutni kvantni računari premali da bi nadmašili uobičajene (klasične) računare za praktične primjene, vjeruje se da su veće realizacije sposobne riješiti određene računske probleme, kao što je cjelobrojna faktorizacija (koja je u osnovi RSA enkripcije), znatno brže nego klasični kompjuteri. Proučavanje kvantnog računarstva je podpolje kvantne informatičke nauke. Postoji nekoliko modela kvantnog računanja od kojih su najšire korišteni kvantni krugovi. Ostali modeli uključuju kvantnu Turingovu mašinu, kvantno žarenje i adijabatsko kvantno računanje. Većina modela je bazirana na kvantnom bitu, ili "kubitu", koji je donekle analogan bitu u klasičnom računanju. Kubit može biti u kvantnom stanju 1 ili 0, ili u superpoziciji stanja 1 i 0. Međutim, kada se mjeri, uvijek je 0 ili 1; vjerovatnoća bilo kojeg ishoda zavisi od kvantnog stanja kubita neposredno prije mjerenja. Jedan model koji ne koristi kubite je kvantno računanje kontinuirane varijable. Napori ka izgradnji fizičkog kvantnog računara fokusirani su na tehnologije kao što su transmoni, ionske zamke i topološki kvantni računari, koji imaju za cilj stvaranje visokokvalitetnih kubita. Ovi kubiti mogu biti drugačije dizajnirani, u zavisnosti od računarskog modela punog kvantnog računara, u pogledu toga da li se koriste kvantna logička kapija, kvantno žarenje ili adijabatsko kvantno računanje. Trenutno postoji niz značajnih prepreka za izgradnju korisnih kvantnih kompjutera. Posebno je teško održavati kvantna stanja kubita, jer oni pate od kvantne dekoherencije. Stoga kvantni računari zahtijevaju ispravljanje grešaka. Svaki računski problem koji se može riješiti klasičnim računarom može se riješiti i kvantnim računarom. Suprotno tome, svaki problem koji se može riješiti kvantnim računarom može se riješiti i klasičnim kompjuterom, barem u principu ako mu se da dovoljno vremena. Drugim riječima, kvantni računari poštuju Church-Turingovu tezu. To znači da, dok kvantni računari ne pružaju nikakve dodatne prednosti u odnosu na klasične računare u smislu izračunljivosti, kvantni algoritmi za određene probleme imaju znatno nižu vremensku složenost od odgovarajućih poznatih klasičnih algoritama. Zanimljivo je da se vjeruje da kvantni računari mogu brzo riješiti određene probleme koje nijedan klasični kompjuter ne bi mogao riješiti u bilo kojem izvodljivom vremenu – podvig poznat kao "kvantna nadmoć". Proučavanje računske složenosti problema u odnosu na kvantne računare poznato je kao kvantna teorija složenosti.