自1946年第一臺計算機誕生以來，它的應用已滲透到現代社會的各個領域。在極大提高社會生產力、極高擴展人類信息獲取量的同時，計算機技術正改變著每一個人的生活，影響著整個時代，持續推動人類文明的快速進步。隨著信息社會的發展，各行業對計算機性能的要求越來越高，基於半導體技術的計算機硬件的發展遇到了瓶頸。因此，世界各國都在積極推動新系統和高性能計算機技術的研究。超導計算機的概念正是在這一背景下出現的，因為超導體具有微損耗，零電阻的物理特性，因此，超導器件可以大大減少元件之間的散熱問題，從而達到提高芯片集成度、降低功耗的效果。
計算機經歷了諸如管，晶體管，中小型集成電路和大規模集成電路的開發階段。得益於集成電路特徵尺寸的不斷下降、芯片上電路密度和運算速度持續增大，計算機性能在穩步提高。然而，任何事物都具有兩面性，隨著計算機電路特徵尺寸小到一定數量級，基於功耗、性能、散熱的平衡設計對元器件的延展性、集成度提出了接近物理極限的要求。雖然採用多核技術可以對芯片並行發揮作用，但這些技術變革主要限於軟件方面，並沒有從硬件根本上去解決矛盾。
對於超級計算機而言，構建起大規模並行系統，需要集成大數量的處理器，由於元件之間的間隔非常小，其冷卻散熱面臨很大的考驗。另一方面，超級計算機的硬件功耗本身也在一個不可小覷的數量級，以日本的“地球模擬器”系統為例，功耗已經達到驚人的6MW。因此探尋易散熱、低功耗的新技術迫在眉睫，對新體制計算機技術的研究具有重要現實意義。
超導技術是世界上21個國家爭先恐後研究的重要戰略技術。如果超導技術可以應用於計算機科學，那將是一個非常有吸引力的研究方向。超導計算機藉助超導體內部的量子特性，以變化的量子狀態表徵邏輯上的開關。通過激光脈衝控制超導體量子特性，從而規律的變化傳遞相關信息並實現運算。超導計算機運算及存儲信息量大，不僅具有數據處理速度高的優點，還具備量子領域的安全保密特性。
超導計算機的最基本單元是超導量子器件，超導體中的電子稱為庫珀對，為了分析超導體內部的量子效應，科學家使用的方法是使用宏觀函數來表徵微觀量子的運動定律。通過對超導體中的微觀電子（庫珀對）用宏觀世界波函數加以描述，以波函數的參量變化描述大量庫珀對的集體運動。超導量子計算的基本單位是“量子比特”，超導量子器件形成能夠控制的穩定狀態，從而超導量子器件能像半導體電路一樣進行邏輯運算。
但對於量子態本身是由多個本徵態按一定幾率組合而成的，在發生相互作用時，將共同影響到多個本徵態，由量子比特構成的數字運算邏輯，本質上相當於經典計算機的並行計算，因此，量子計算更快，更強大。當組成糾纏的兩組量子波函數其中之一受到影響時，另一組也會立刻發生變化，這種作用是不可逆的，由此便有可能遠程傳遞信息，或標誌信息的狀態，從而實現高度可靠的信息加密和傳輸。
超導量子器件的基本結構多是基於超導薄膜，通過光刻等手段實現陣列等複雜結構，研製具有快速開關能力的超導開關器件、超導隨機存儲器等，應用這類器件，可開發出具有超高速轉換能力（10GHz以上）和高精度（nV級）的模擬-數字轉換器件，廣泛應用於科學研究、信號處理、醫學、工業檢測等領域，這是當前量子計算技術所能預見的重要發展方向之一。
超高速超導快速單通量量子（RSFQ）電路技術是構建未來超級計算機的首選技術。雖然超導量子計算和超導計算技術的實用化仍將面臨較大的原理和技術挑戰，但從超導快速單磁通量子技術的發展現狀來看，已經可以開始實施大規模的開發計劃。應當開展超導快速開關器件及基於超導結陣列電壓基準和集成超導快速開關器件的超導模數轉換和高精度電壓探測比較器的研究。該工作一方面可用於精密測量，另一方面也可作為未來超導量子計算機的數據輸入輸出單元，實現其與外界的有效接口。
用超導量子器件製造的超導計算機比普通計算機具有不少優點：運行速度快。由於切換速度快，超導計算機的運行速度比傳統計算機快數百倍；功耗低，集成度高。由於電流在超導體中流動時不產生熱量並且沒有損失，因此超導集成電路的功耗僅為硅集成電路的功耗的百分之幾。它是普通晶體管的1‰，因此預計它的集成度非常高。另外，超導裝置的結構基本上可以通過目前的大規模集成電路工藝製造，因此不需要大量的金錢和人力。而且，超導傳輸線可用於完成計算機中組件之間的信號傳輸。超導傳輸線具有無損耗和低色散的特性。超導計算機具有高計算速度和巨大的計算能力。使具有廣泛的應用，尤其可以滿足戰略防禦系統、核裂變控制、空間探測系統、大型工程計算等領域的現實需要，因此，許多發達國家加快了研究步伐。
1991年，日本ETL研究所開發出世界上第一臺超導計算機，一臺由日本富士通開發的4位超導微處理器。與採用砷化鎵技術的同類處理機相比，速度快10倍，功耗只有後者的1/500。如果使用超導材料製造計算機，那麼價值數十億美元的超級計算機只能與微型個人計算機一樣大。美國的研究人員已研製出時鐘頻率達到100GHz的超導集成電路，這比奔騰IV要快50倍，它能在低功耗、不發熱的情況下運行，它提供了製造亞納秒計算機的新方法。
1994年，美國貝爾實驗室證明量子計算機可以有效地分解大數。可以破譯DES密碼體系，其效率是現代計算機的一千倍以上。1999年11月，日本超導技術研究所在超導集成電路芯片上集成了上萬個元件，此成果標誌著日本在製造超導計算機方面邁進世界先進水平之列。然而，當前國際上超導計算和量子計算研究主要仍處於原理開發階段，具有明顯應用價值的實例不多見。
2009年2月，《新科學家》雜誌報道了由D-WaveSystems公司設計製造的世界第一枚128qubit（量子位）超導芯片，其主要電路採用超導金屬，器件安裝於稀釋製冷機中，在極低溫和零磁場環境中運行。如圖1所示，該方案是目前能夠實現的較有前途的超導量子計算應用之一。
日立公司早在1989年即開發出超導計算機，後來一直致力於量子計算領域的前沿研究。荷蘭方面2009年用實驗證明了超導磁通量子比特可利磁通圈來進行調節，從而進一步表明了進行超導量子計算的可行性。此外，IBM、NEC、NTT（日本電報電話）等知名國際企業及Berkley等大學、研究機構也均對超導計算技術和已經研究和開發了相關的糾纏態技術，量子比特，快速磁通量子器件等。
超導計算機作為引領21世紀計算機的重要發展方向，正在吸引各國的積極研究。當前雖然超導計算機的概念被廣泛提及，然而應當客觀地看到，超導計算機距離大規模應用還有很長一段路要走。眾所周知，超導體要達到超導狀態，需要極低溫的工作環境，這是一個不可迴避的制約因素，在這個階段，至少應該破壞液氮溫度區（90K）以上的高溫超導材料。儘管遇到不少困難，專注於超導計算機的研究都可以為計算機技術的發展提供新的思路。
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