A lo largo de la historia el ser humano ha usado diversos materiales y utilizado
múltiples mecanismos en el diseño, construcción y operación de máquinas que
agilicen y automaticen la realización de cálculos y el procesamiento de
información, desde el ábaco hasta los ordenadores personales de hoy en día.
En los últimos años la densidad de los circuitos electrónicos ha aumentado sin
cesar, gracias a la disminución en el tamaño de los componentes. Pero llegará
un momento en que no sea posible reducir más los circuitos. Debido a que muy
pronto la miniaturización será tal que las leyes de la física clásica ya no sean
válidas, entonces se entrará en los dominios del mundo subatómico, y aquí es
donde entra la mecánica cuántica.
El cambio en los componentes fundamentales de las computadoras, hace
necesario redefinir muchos elementos de la computación actual, la arquitectura,
los algoritmos, y los componentes de hardware. Es así como nace la
computación cuántica y con ella los algoritmos cuánticos.
La aplicabilidad de la computación cuántica depende de la posibilidad de
desarrollar una computadora cuántica. Un ejemplo del inmenso poder de las
computadoras cuánticas es el algoritmo cuántico para determinar si un número
es primo. Una computadora actual tardaría miles de millones de años
(dependiendo de cuan grande sea el número) en ejecutar tal algoritmo; a
diferencia de una computadora cuántica a la que le tomaría tan sólo unos
cuantos segundos el completar la tarea.
En la computación cuántica, a diferencia de la computación actual donde cada
bit puede estar en un estado discreto y alternativo a la vez, la unidad
fundamental de almacenamiento es el qubit (bit cuántico), donde cada qubit
puede tener múltiples estados simultáneamente en un instante determinado,
reduciendo así el tiempo de ejecución de algunos algoritmos de miles de años
a segundos.
La computación cuántica está basada en las interacciones del mundo atómico,
y tiene elementos como el bit cuántico, las compuertas cuánticas, los estados
confusos, la teleportación cuántica, el paralelismo cuántico, y la criptografía
cuántica. Una arquitectura cuántica, muy aceptada entre los investigadores y
orientada a ser compatible con las actuales arquitecturas, cuenta con memoria
y una unidad de procesamiento aritmético/lógico, y con elementos cuánticos
como la teletransportadora de código y el planificador dinámico.