Wie wir gesehen haben, arbeiten auch Quantencomputer und deren Qubits mit den Zuständen 1 und 0. Das ist aber nicht die einzige Gemeinsamkeit mit konventionellen Rechnern. Um mit Binärwerten zu arbeiten, sind auch hier „Rechenwerke“ nötig, sogenannte Gatter. Normale Computer verwenden dazu elektronische Bauteile wie Transistoren, die Gatter in Quantencomputern sind dagegen lediglich mathematische Operationen an den Qubits. Sie steuern beispielsweise die Dauer der Bestrahlung mit dem Laser und die Frequenz der Wellenlänge.
Die am häufigsten verwendeten Rechenwerke sind das Hadamard- und das CNOT-Gatter. Ersteres überführt die Nullen und Einsen der Qubits in überlagerte Zustände, während das CNOT-Gatter mit zwei Qubits (Kontroll- und Ziel-Qubit) arbeitet und aus einer gemessenen 1 eine 0, beziehungsweise aus einer 0 eine 1 macht.
Grundsätzlich gilt: Je mehr Qubits vorhanden sind, desto schneller wird gerechnet. Als praktikable Untergrenze gelten mittlerweile 20 Qubits. Das Auslesen der Qubits erfolgt zudem nicht nacheinander, sondern parallel, einer der wichtigsten Unterschiede zu konventionellen Computern. Im Gegensatz zu konventionellen Computern arbeiten Quantencomputer nicht mit konkreten Werten, sondern mit Wahrscheinlichkeiten. Dazu ein Beispiel: Nehmen Sie einen gezinkten Würfel, der die 6 bevorzugt und notieren Sie die geworfenen Zahlen. Nach fünf Würfen werden Sie nicht erkennen, dass der Würfel gezinkt ist. Wenn Sie allerdings den Würfel 5000 Mal rollen lassen, die Ergebnisse in eine Excel-Tabelle schreiben und hinterher alles als Diagramm darstellen, werden Sie bemerken: Die 6 dominiert eindeutig.
Genauso machen es Quantencomputer. Sie messen die Zustände der Qubits so oft, bis sich eine Priorisierung für einen bestimmten Wert ergibt. Möglich ist dies nur, wenn die kohärente Überlagerung der Qubits möglichst lange aufrechterhalten wird. Denn wenn die Wellenfunktion durch die Messung kollabiert, muss das Qubit erst wieder „auf Anfang“ gesetzt werden. Hat das Auslesen aber einwandfrei funktioniert ist das Ergebnis noch keineswegs als „wahr“ zu bezeichnen. Es spricht lediglich für eine „sehr große Wahrscheinlichkeit“.