量子是能量子的简称，是现代物理的重要概念，反映的是一个物理量最小的不可分割的基本单位，光子、原子、质子、夸克等都属于量子范畴。根据量子力学理论，量子作为微观粒子，具有与经典物理学揭示的宏观世界物理客体迥然不同的物理属性与特点，譬如波粒二象性、相干性、不确定性、不可克隆性等，其中最重要的特性有两个：一是纠缠性。在微观世界中，具有共同来源、相互耦合的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系，不论它们距离多么遥远，只要一个粒子状态发生变化，就能立即使另一个粒子状态同时发生相应改变。爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”。如同两个相距遥远的双胞胎不约而同地想做同一件事，这种神奇现象可谓“心灵感应”。二是叠加性。一个量子可以同时存在两种或更多种状态，即量子叠加态。我国量子卫星项目首席科学家潘建伟院士曾形象地描述量子叠加性，称量子就和《西游记》中孙悟空一样会分身术，可以在两个不同空间地点同时现身。尽管量子叠加性颠覆了经典物理学的常识与运行规律，其中奥妙与原理令科学家至今无从解释，但著名的“电子双缝干涉实验”早已证明其客观存在：一个量子可以同时穿过两道狭缝并在背景屏幕上形成两道干涉条纹。
为挖掘利用量子的特性和优势，20世纪90年代,科学家将量子力学应用到信息领域,从而诞生了量子信息技术，并逐步演化形成量子计算、量子通信、量子定位、量子存储等应用领域和场景。
(一)量子计算
量子计算主要是运用量子特有物理属性——叠加性（量子叠加态）而开创的一种新型计算模式。与传统电子计算机相比，量子计算机的最大优势在于天然的并行运算能力，运算速度快，信息处理能力强，对电子计算机形成碾压式超越。
从技术原理上看，电子计算机的存储器以晶体管作为载体，1个比特的存储器（1个晶体管）在同一时刻只能存储二进制的0或1两个数中的一个，而量子计算机的存储器则是以光子、原子、中子等微观粒子——量子作为载体，由于量子本身具备叠加性特质，可以实现多状态的线性相干叠加，1个量子比特的存储器（1个光子或原子）可以同时存储二进制的0和1两个数。同理，当存储器容量增加到2比特时（2个光子或原子），电子计算机只能存储00、01、10、11四个数中的一个，而量子计算机却能同时存储这四个数。依此类推，当存储器容量增加到ｎ比特时，电子计算机仍然只能承载０和１的种数据组合中的一种，而量子计算机却能同时承载种数据组合中的所有数据。可见，量子计算机的存储能力呈指数级暴增态势。因此，当ｎ足够大，存储器容量扩展到50比特左右时，量子计算机的存储及运算能力将超越任何经典电子计算机，从而实现“量子霸权”。