Khái niệm lý thuyết trừu tượng “quantum entanglement - vướng mắc lượng tử” do Einstein đưa ra năm 1935, ngày nay đã có được ứng dụng thực tiễn to lớn và trở thành nền tảng để phát triển một lĩnh vực mới vô cùng quan trọng là Tin lượng tử (bao gồm Truyền thông, Tính toán, và Lưu trữ lượng tử). Trong lĩnh vực tính
toán lượng tử, các nước lớn đang tập trung đầu tư nghiên cứu và thiết kế các mô hình lý thuyết của máy tính lượng tử (QC) với kỳ vọng trong những năm gần đây sẽ
sản xuất ra những chiếc máy tính lượng tử đầu tiên.
Máy tính thông thường làm việc với bit cổ điển, tại một thời điểm một bit có thể nhận một trong hai giá trị, 0 hoặc 1 (đúng hoặc sai, có hoặc không). Máy tính
lượng tử làm việc với qubit (bit lượng tử) là sự chồng chập với một xác xuất nào đó
của các trạng thái nói trên, nghĩa là ở cùng thời điểm một qubit có thể nhận cả hai giá trị 0 và 1 (Hình 2.1). Do đó, tốc độ xử lý thông tin của máy tính lượng tử vượt trội hơn rất nhiều so với máy tính cổ điển.
Hai loại máy tính lượng tử có triển vọng nhất của công nghệ nanô là máy tính
lượng tử sử dụng spin và máy tính lượng tử quang trong hệ hai exciton liên kết (có
entanglement). Đây là các máy tính lượng tử bán dẫn. Trong máy tính lượng tử spin thì các qubit là các trạng thái spin của điện tử. Ưu điểm của loại máy này là sử dụng
được điểm mạnh của máy tính cộng hưởng từ hạt nhân, nhược điểm là khó điều khiển. Máy tính lượng tử quang sử dụng các trạng thái photon (exciton) làm qubit.
Ưu điểm của loại máy này là tương đối dễ điều khiển, hơn nữa trong truyền thông
lượng tử thì photon là đang có nhiều thành công nhất. Nhược điểm là thời gian làm việc quá ngắn do photon tương tác mạnh với môi trường. Người ta hy vọng sẽ chế
tạo ra các máy tính lượng tử bán dẫn bằng chính các bán dẫn trong công nghiệp điện tử hiện nay (Si, Ge, GaAs...). Nhiều phòng thí nghiệm mạnh trên thế giới đang đưa
ra những mẫu thiết kế máy tính lượng tử bán dẫn mới với độ hoàn thiện ngày càng
cao hơn.