Kvantarvuti on mis tahes seade, mis kasutab algoritmide käitamiseks kvantmehaanilisi nähtusi. Kuna kvantarvutitel on põhimõtteliselt erinevad arvutusomadused kui tavalistel arvutitel, nimetatakse kvantarvutites hoitavaid andmeid pigem kubittideks kui bittideks. Tavalistes arvutites kujutatakse andmeid kõvakettal olevate mikroskoopiliste soontega. Kvantarvutis esindavad andmeid antud molekuli või molekulide komplekti kvantomadused.
Selle asemel, et teha arvutusi kõvakettalt andmete hankimise ja loogikaväravatega täidetud integraallülituse abil töötlemise teel, töötlevad kvantarvutid andmeid, pommitades teavet sisaldavat molekuli lühikeste kiirgusimpulssidega. Iga pommitamistsükkel kujutab endast algoritmilist toimingut molekulis sisalduvate andmetega. Algoritmi lõppedes mõõdetakse molekuli kvantseisund – protsess, mis ise kallutab lõpptulemust. See on tingitud kvantmehaanika põhimõtteliselt ebakindlast olemusest.
Sellest raskusest möödahiilimiseks käivitatakse kvantarvutusalgoritme mitu korda ja väljundi kaalutud keskmine läheneb asümptootiliselt õigele vastusele. Kuna kvantmehaanilised nähtused on oma olemuselt pigem tõenäosuslikud kui deterministlikud, ei ole esimesel katsel täpselt määratletud vastust võimalik.
Kvantarvutitel on teatud võimalused, mis klassikalistel arvutitel puuduvad. Kvantarvutus võimaldab suurte arvude kiiret faktoriseerimist (selge oht tavalistele krüptograafilistele tehnikatele), kvantnähtuste täpsemat simuleerimist ja väga tõhusat andmebaasiotsingut.
Iga n-suuruse sõlmega otsinguruumi jaoks, kus iga sõlm esindab probleemi võimalikku lahendust, on ainult üks võimalik lahendus ja iga sõlme tuleb eraldi kontrollida õigele lahendusele vastavate omaduste osas, pakub kvantarvutus fantastilist kiirust. Tavalistes arvutites on keskmine otsinguaeg iga sõlme kontrollimiseks kuluv aeg korrutatuna sõlmede arvuga (n) jagatuna kahega (tõenäoliselt leitakse lahendus umbes poole otsingu pealt). Kvantarvutites on keskmine otsinguaeg iga sõlme kontrollimiseks kuluv aeg korrutatuna ruutjuurega n-st. See annab tohutu eelise, mis muutub ainult muljetavaldavamaks, kui kaalume suuremaid probleeme.
Kõiki küpsete kvantarvutite rakendusi pole veel võimalik ette kujutada. Suurim kubitide arv, mis ühes kvantarvutussüsteemis kunagi sisaldub, on 7. Kuna kvantarvutusuuringud jätkuvad kiiresti miljonite dollarite suuruse rahastamisega, on vaid aja küsimus, millal toimub kriitiline läbimurre ja leiutatakse muljetavaldavad rakendused.