原则上，量子计算机可以以传统计算机无法实现的方式探索各种可能的组合和排列，从而有望大幅提高各行各业的生产力。
相关问题（至少在基础数学方面相关）包括优化物流和更好地搜索非结构化数据库（这与改进人工智能的前景一起，是谷歌在这个领域非常活跃的原因之一）。
第二个广泛的应用领域是量子模拟。科学家希望能够在原子层面模拟行为的领域有很多——包括药物开发、生物过程和新材料。许多大学为此目的使用高性能超级计算机。但即使是最大的超级计算机也难以以所需的精度模拟除非常基本的系统以外的任何系统。
量子计算机有望在许多科学领域带来革命性的突破，最终带来更好的药物、更先进的电池和具有前所未有的特性的材料。使用量子计算机模拟量子力学过程本身有望带来重大的科学进步。
信息安全的‘灭绝事件’？
上述应用范围如此广泛，以至于许多人期望量子计算机最终问世时能够带来真正惊人的好处。
量子计算机有望擅长的另一个功能是因式分解——将大数分解为小数的乘积。虽然这听起来像是一个无聊的理论问题，但使用经典机器执行此操作相对困难，这是许多公钥加密系统（如RSA）的基础，这些 自雇数据 系统依赖于一些数学函数实际上是“单向的”。
（我们大多数人可以用笔和纸将两个大质数相乘，但会发现从最终结果开始然后再反向计算会耗费更多的资源，甚至是不可能的。）
这种加密对于当今的数字社会至关重要。
每当有人使用 VOIP、网络邮件、网上银行、任何形式的电子商务或任何其他使用“https”的网站时，加密协议都会保证该连接的安全。类似的技术也被广泛用于创建数字签名以验证文件的内容、确保自动更新，以及用于众多区块链和密码验证系统的哈希函数。
不幸的是，量子计算机有望打破其中的大部分，导致一些人将其称为“毁灭工具”，并将导致信息安全的“灭绝事件”。
解密变得更加容易，这让犯罪分子更容易窃取我们的秘密和金钱，以及破坏区块链。
（这不仅仅是破解比特币的问题；想象一下，如果区块链土地登记册成为价值数万亿英镑的房地产所有者的最终记录，那么修改它们的价值会有多大。或者，如果一个恶意组织破坏了一个国家基于区块链的出生、结婚和驾驶执照记录，可能会造成多大的混乱。）
“抗量子”加密技术和区块链正在开发中，它们基于量子计算机（目前）被认为不具备优势的数学问题类型。然而，改变数亿个网站的加密算法（更不用说嵌入全球数百亿台联网设备的加密算法）将是一项巨大的壮举。
此外，政府几乎无力阻止近期加密电子邮件不可避免的被泄露，而发件人原本以为这些邮件可以安全保存一千年。
出现外交尴尬的可能性极大。
这真的会发生吗？
但这真的会在可预见的未来发生吗？科学家们对此意见不一。
乐观的观察家指出，与核聚变相比——该领域的一个常见笑话是‘核聚变还要 30 年才能实现，而且永远都是’——共识通常会下调‘量子霸权’（未来的里程碑，量子计算机能够比传统计算机更快地解决某些问题）的预计时间。
当然，原型芯片中的量子比特数量还在不断增长：英特尔在 2018 年推出了名为“Tangle Lake”的 49 量子比特量子芯片，令许多观察者感到惊讶；谷歌的量子计算芯片代号为“Bristlecone”，拥有 72 个量子比特；富士通和 D-Wave 分别拥有 1024 和 2048 个量子比特的芯片（但类型非常不同，不仅难以比较，而且在学术界也颇具争议）。相关专利申请在过去 4 年中激增。
值得注意的是，原型机的访问权限已经向公众开放：IBM现在已经向研究人员提供其量子计算机的云访问权限，阿里巴巴、IonQ和规模小得多的初创公司Rigetti也是如此。微软预计将很快效仿。而专门的量子计算软件公司也已成立，以期硬件开发。
（就目前而言，最有可能的用途是研究小组试图了解未来可能的应用并开发更好的算法。然而，大众汽车已经在试验 D-Wave 的量子计算机来预测北京的交通模式，而 IBM 的首席执行官最近宣布，他预计“可能在两到五年内”从量子计算中获得收入。）
因此，包括美国国家安全局（NSA）、美国国家标准与技术研究院（NIST）、欧洲电信标准协会（ETSI）和国家网络安全中心（NCSC）在内的多家通信和网络安全组织认为，未来的威胁足够真实，因此他们公开敦促尽快采取“量子安全”加密措施。