量子信息科學的一大重要應用就是量子計算。有專家評論，當量子計算機發展到50量子位的時候，就能實現“量子稱霸”，“碾壓”世界上任何傳統計算機。
據科技日報報道，11月5日，在由中國科技新聞學會主辦的“2016年中國科技傳播論壇”上，中科院院士潘建偉認為，第一次“量子稱霸”將會成為物理學和計算機科學的里程碑，“雖然目前不能說出確切的時間，但應該為時不遠”。
會上，潘建偉詳解中國量子計算研究的時間表：計劃5年之後，實現50個量子比特的相幹操縱，計算潛力將超越今年6月世界運算速度排名第一的超級計算機“太湖之光”；用15年左右時間，構建天地一體的有量子通信安全保障的未來互聯網，即量子互聯網。
他補充說，將用10年或更長時間造出專用量子計算機，應用於人工智能、大數據分析、信息提取等特殊領域。
在經典計算機中，每個比特都只有0和1這兩種狀態。但在量子計算中，每個比特可以處在0和1的疊加狀態上，一旦操縱的量子數目增多，它就會以指數增長的形式來提升運算速度，有並行運算的能力。例如，求解10的24次方變量的方程組，用“太湖之光”需要100年左右計算時間，但用萬億次的量子計算機大概只需0.01秒。
“構造小網絡做量子計算機是該領域研究者努力的方向。”潘建偉介紹，目前，IBM、谷歌、微軟和中國的研究小組都致力於量子計算機的研發。
潘建偉說，計劃5至10年完成100個量子比特甚至幾百個量子比特的相幹操縱。“如果達到100個量子比特的相幹操縱，對某些特定問題的求解速度就能達到2的100次方，這是目前全球計算能力總和的百萬倍。”
潘建偉透露，目前，也將量子技術同步推廣於潛艇自主導航等。他說，如果潛艇出海使用傳統導航技術，潛行100天的話，(由於在海下無法同步校準)，誤差將達到幾百公里；但若利用成熟的量子精密測量技術，潛行百天後，誤差會小於1公里。
在量子通信方面，據介紹，目前在建的“京滬幹線”項目光纖長度約2000公里，計劃於2016年底建成，將連接北京、上海等城域網絡，將通過技術驗證等，實現網上銀行數據遠程災備、金融機構信息數據采集等應用示範。8月發射的中科院量子科學實驗衛星“墨子號”，將實現高速星地量子秘鑰分發、星地量子糾纏分發和千公里級的空地量子隱形傳輸。“目前，已建立起星地信道，為後期實驗打下基礎，以便最後形成天地一體的量子通信網絡。”潘建偉說。