自1946年第一台计算机诞生以来，它的应用已渗透到现代社会的各个领域。在极大提高社会生产力、极高扩展人类信息获取量的同时，计算机技术正改变着每一个人的生活，影响着整个时代，持续推动人类文明的快速进步。随着信息社会的发展，各行业对计算机性能的要求越来越高，基于半导体技术的计算机硬件的发展遇到了瓶颈。因此，世界各国都在积极推动新系统和高性能计算机技术的研究。超导计算机的概念正是在这一背景下出现的，因为超导体具有微损耗，零电阻的物理特性，因此，超导器件可以大大减少元件之间的散热问题，从而达到提高芯片集成度、降低功耗的效果。
计算机经历了诸如管，晶体管，中小型集成电路和大规模集成电路的开发阶段。得益于集成电路特征尺寸的不断下降、芯片上电路密度和运算速度持续增大，计算机性能在稳步提高。然而，任何事物都具有两面性，随着计算机电路特征尺寸小到一定数量级，基于功耗、性能、散热的平衡设计对元器件的延展性、集成度提出了接近物理极限的要求。虽然采用多核技术可以对芯片并行发挥作用，但这些技术变革主要限于软件方面，并没有从硬件根本上去解决矛盾。
对于超级计算机而言，构建起大规模并行系统，需要集成大数量的处理器，由于元件之间的间隔非常小，其冷却散热面临很大的考验。另一方面，超级计算机的硬件功耗本身也在一个不可小觑的数量级，以日本的“地球模拟器”系统为例，功耗已经达到惊人的6MW。因此探寻易散热、低功耗的新技术迫在眉睫，对新体制计算机技术的研究具有重要现实意义。
超导技术是世界上21个国家争先恐后研究的重要战略技术。如果超导技术可以应用于计算机科学，那将是一个非常有吸引力的研究方向。超导计算机借助超导体内部的量子特性，以变化的量子状态表征逻辑上的开关。通过激光脉冲控制超导体量子特性，从而规律的变化传递相关信息并实现运算。超导计算机运算及存储信息量大，不仅具有数据处理速度高的优点，还具备量子领域的安全保密特性。
超导计算机的最基本单元是超导量子器件，超导体中的电子称为库珀对，为了分析超导体内部的量子效应，科学家使用的方法是使用宏观函数来表征微观量子的运动定律。通过对超导体中的微观电子（库珀对）用宏观世界波函数加以描述，以波函数的参量变化描述大量库珀对的集体运动。超导量子计算的基本单位是“量子比特”，超导量子器件形成能够控制的稳定状态，从而超导量子器件能像半导体电路一样进行逻辑运算。
但对于量子态本身是由多个本征态按一定几率组合而成的，在发生相互作用时，将共同影响到多个本征态，由量子比特构成的数字运算逻辑，本质上相当于经典计算机的并行计算，因此，量子计算更快，更强大。当组成纠缠的两组量子波函数其中之一受到影响时，另一组也会立刻发生变化，这种作用是不可逆的，由此便有可能远程传递信息，或标志信息的状态，从而实现高度可靠的信息加密和传输。
超导量子器件的基本结构多是基于超导薄膜，通过光刻等手段实现阵列等复杂结构，研制具有快速开关能力的超导开关器件、超导随机存储器等，应用这类器件，可开发出具有超高速转换能力（10GHz以上）和高精度（nV级）的模拟-数字转换器件，广泛应用于科学研究、信号处理、医学、工业检测等领域，这是当前量子计算技术所能预见的重要发展方向之一。
超高速超导快速单通量量子（RSFQ）电路技术是构建未来超级计算机的首选技术。虽然超导量子计算和超导计算技术的实用化仍将面临较大的原理和技术挑战，但从超导快速单磁通量子技术的发展现状来看，已经可以开始实施大规模的开发计划。应当开展超导快速开关器件及基于超导结阵列电压基准和集成超导快速开关器件的超导模数转换和高精度电压探测比较器的研究。该工作一方面可用于精密测量，另一方面也可作为未来超导量子计算机的数据输入输出单元，实现其与外界的有效接口。
用超导量子器件制造的超导计算机比普通计算机具有不少优点：运行速度快。由于切换速度快，超导计算机的运行速度比传统计算机快数百倍；功耗低，集成度高。由于电流在超导体中流动时不产生热量并且没有损失，因此超导集成电路的功耗仅为硅集成电路的功耗的百分之几。它是普通晶体管的1‰，因此预计它的集成度非常高。另外，超导装置的结构基本上可以通过目前的大规模集成电路工艺制造，因此不需要大量的金钱和人力。而且，超导传输线可用于完成计算机中组件之间的信号传输。超导传输线具有无损耗和低色散的特性。超导计算机具有高计算速度和巨大的计算能力。使具有广泛的应用，尤其可以满足战略防御系统、核裂变控制、空间探测系统、大型工程计算等领域的现实需要，因此，许多发达国家加快了研究步伐。
1991年，日本ETL研究所开发出世界上第一台超导计算机，一台由日本富士通开发的4位超导微处理器。与采用砷化镓技术的同类处理机相比，速度快10倍，功耗只有后者的1/500。如果使用超导材料制造计算机，那么价值数十亿美元的超级计算机只能与微型个人计算机一样大。美国的研究人员已研制出时钟频率达到100GHz的超导集成电路，这比奔腾IV要快50倍，它能在低功耗、不发热的情况下运行，它提供了制造亚纳秒计算机的新方法。
1994年，美国贝尔实验室证明量子计算机可以有效地分解大数。可以破译DES密码体系，其效率是现代计算机的一千倍以上。1999年11月，日本超导技术研究所在超导集成电路芯片上集成了上万个元件，此成果标志着日本在制造超导计算机方面迈进世界先进水平之列。然而，当前国际上超导计算和量子计算研究主要仍处于原理开发阶段，具有明显应用价值的实例不多见。
2009年2月，《新科学家》杂志报道了由D-WaveSystems公司设计制造的世界第一枚128qubit（量子位）超导芯片，其主要电路采用超导金属，器件安装于稀释制冷机中，在极低温和零磁场环境中运行。如图1所示，该方案是目前能够实现的较有前途的超导量子计算应用之一。
日立公司早在1989年即开发出超导计算机，后来一直致力于量子计算领域的前沿研究。荷兰方面2009年用实验证明了超导磁通量子比特可利磁通圈来进行调节，从而进一步表明了进行超导量子计算的可行性。此外，IBM、NEC、NTT（日本电报电话）等知名国际企业及Berkley等大学、研究机构也均对超导计算技术和已经研究和开发了相关的纠缠态技术，量子比特，快速磁通量子器件等。
超导计算机作为引领21世纪计算机的重要发展方向，正在吸引各国的积极研究。当前虽然超导计算机的概念被广泛提及，然而应当客观地看到，超导计算机距离大规模应用还有很长一段路要走。众所周知，超导体要达到超导状态，需要极低温的工作环境，这是一个不可回避的制约因素，在这个阶段，至少应该破坏液氮温度区（90K）以上的高温超导材料。尽管遇到不少困难，专注于超导计算机的研究都可以为计算机技术的发展提供新的思路。
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