Kuantum kuramına göre aynı cisim aynı anda birden fazla durumda (mesela iki ayrı yerde) olabiliyor. Birden çok durumu olabilen fiziksel sistemleri bilgisayar belleği yapmak için kullanabiliriz; mesela şapkamı masaya koyarsam 0, askıya asarsam 1'i temsil etmesine karar vererek onu bir "bit"lik bir bellek olarak görebilirim. Kuantum özelliklerini yitirmemiş cisimlerden imal edilen bellekler yukarıda anlattığım nedenden ötürü aynı anda hem 0, hem 1 içerebileceklerinden bir bilgisayarın birden çok ("paralel") kopyasını aynı anda aynı problem üzerinde çalıştırıyormuşuz gibi bir etki elde edebiliyoruz. Bazı zekice algoritmalar kimi problemleri bu paralel kopyalardan "yanlış" sonuca gidenlerin (yine bir kuantum etkisi sonucu) birbirlerini "götürüp" yok etmelerini ve geriye sadece doğru sonuca varan kopyaların kalmasını sağlayarak çözebiliyor.
Kuantum bilgisayarlar ve bugün hepimizin kullandığı geleneksel transistör bilgisayarları arasındaki temel fark, veriyi ele alma yöntemleridir. Akıllı telefonlardan ve dizüstü bilgisayarlardan süper satranç bilgisayarı Deep Blue’ya kadar aşina olduğumuz tüm cihazlar, her şeyi en küçük bilgi birimi olan bitlerde saklar. Bir bit iki değerden birine sahip olabilir: 0 veya 1.
Bir ampul gibi düşünün: Ampul ya açıktır (1) ya da kapalıdır (0). Bilgisayar diskinde bulunan bir dosya, bazıları açık, diğerleri ise kapalı olan bir grup ampul gibi görünür. Bu tür çok sayıda ampulle donatılmış bir sistemde, “Albert was here” (Albert buradaydı) ifadesi veya Mona Lisa’nın resmi gibi bilgileri kodlayabilirsiniz.
İki durumlu bir cihaz bir problemi çözerken bu ampulleri sürekli olarak açıp kapatmalı, belleği doldurmaması için ara hesaplamaların sonuçlarını yazmalı ve silmelidir. Bu işlem zaman alır; bu nedenle görev çok karmaşıksa, bilgisayar çok uzun bir süre boyunca düşünecektir.
Kuantum bilgisayarlar ise, yaşlı kuzenlerinin aksine, verileri kuantum bitleri veya kısaca kübitler kullanarak depolar ve işlerler. Kübitler yalnızca “açılan” ve “kapatılan” birimler değil, aynı zamanda geçiş durumunda veya hatta aynı anda açık ve kapalı durumda olabilen birimlerdir. Ampul benzetmesine devam edersek, bir kübit, kapattığınız ancak yanıp sönmeye devam eden bir ampul gibidir. Ya da aynı anda hem canlı hem de ölü olduğu kabul edilen Schrödinger’in kedisi gibi.
Kuantum bilgisayardaki ampullerin aynı anda hem açık hem de kapalı olabilmesi çok zaman kazanılmasını sağlar. Bu nedenle de, bir kuantum bilgisayarı karmaşık problemleri en güçlü geleneksel cihazdan bile çok daha hızlı biçimde çözebilir. Google, kuantum makinesi Sycamore’un sıradan bir süper bilgisayarın 10 bin yılda çözebileceği hesaplamayı 3 dakikadan biraz uzun bir sürede yapabildiğini iddia ediyor. “Üstünlük” terimi de tam burada devreye giriyor.