Zwar werden Computer normalerweise von Informatikern und Elektronikingenieuren konzipiert und gebaut, aber die prinzipiellen Arbeitsweisen ihrer Komponenten beruhen fast ausschließlich auf Entdeckungen von Physikern. 

Ein Computer benötigt einmal Eingabe und Ausgabegeräte. Im Inneren eines Computers sieht die Sache etwas komplizierter aus. Wir finden darin etwa Prozessoren für die Rechengeschwindigkeit, Festplatten mit Magneten für die Speicherung und verschiedenste andere Mikrochips. Betrieben wird der Computer durch Elektrizität.

Festplattenspeicher basieren auf dem Ferromagnetismus, die CPU und RAM-Bausteine benutzen Transistoren, Compact Disks (CDs), Digital Video Disks (DVDs) und beschreibbare magneto-optische (MO) Speicher verwenden Laser und Polarisationseffekte. Monitore benutzen die aus der Elektrodynamik kommende Kathodenstrahlröhre bzw. die Flüssigkristall-Technik (LCD - Liquid Crystal Display) aus der Physik der kondensierten Materie, und Laserdrucker beruhen auf der Xerografie, die wiederum auf der Photosensibilisierung und der Elektrostatik basiert.

Auch die neuesten Fortschritte basieren auf Entdeckungen in der angewandten Physik: man denke nur an die immer höhere Integration der Bauelemente in den Halbleiterchips (VLSI, Very Large Scale Integration, und ULSI, Ultra Large Scale Integration), außerdem an Flachbildschirme oder an die schon erwähnten neuen transportablen Hochkapazitäts-Speichermedien. Daher ist die Physik äußerst bedeutsam für die Entwicklung auf dem Computer-Sektor - nicht nur, weil sie immer höhere Rechenleistung fordert, sondern vor allem weil sie die Grundlage dafür bietet, dass die Computertechnik einen viel rasanteren Fortschritt erlebt als jede andere Technologie.

Sehr bald werden leichte, hochauflösende LCD-Monitore weit verbreitet sein, die weitere Fortschritte in der Physik der kondensierten Materie nutzen, und die Speicherdichte auf CD-ROMs, DVDs usw. wird weiter steigen. Auf längere Sicht werden vermutlich holographische dreidimensionale Speicher einsatzbereit werden, und wahrscheinlich werden auch Computer, die mit optischen Signalen aus Lasern statt mit elektronischen Signalen aus Transistoren arbeiten, entwickelt werden (optische Computer).

Physikalische Prinzipien setzen der Geschwindigkeit eines Computers drei grundsätzliche Grenzen: Zum einen kann sich kein Signal schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten (300000 km/s), daher sollten Schaltkreise so klein wie möglich konzipiert werden. Die geringere Größe bzw. die dichtere Packung der Schaltelemente bewirkt aber eine höhere Leistungsdichte, die wiederum zu einer stärkeren Wärmeentwicklung führt. Die Leistung steigt dabei sogar stärker als linear mit der Arbeitsgeschwindigkeit des Rechners an. Daher ist die Frage der Wärmeabfuhr eines der Hauptprobleme beim Konzipieren noch schnellerer Computer. Die Physik kann auch hier helfen: So kann man den Peltier-Effekt ausnutzen, um Bauteile zu kühlen, oder man kann spezielle Materialien mit hoher thermischer Leitfähigkeit einsetzen, so dass die entstehende Wärme schneller abgeführt wird. Schließlich setzen Quanteneffekte der Miniaturisierung eine fundamentale Grenze, wenn atomare Dimensionen erreicht werden und die Heisenbergsche Unschärferelation eine Rolle zu spielen beginnt.

Quantencomputer basieren auf einem anderen Prinzip als konventioneller Rechner, sie nutzen die Gesetze der Quantenphysik.

Um einen Quantencomputer zu bauen, braucht man zunächst Rechen- und Speichereinheiten. Diese sogenannten Qubits sind das quantenmechanische Pendant zu den Bits herkömmlicher Rechner. Bits können genau einen von zwei möglichen Zuständen einnehmen, das sind im Binärsystem entweder Null oder Eins. Das Qubit kann sich dagegen für eine bestimmte Zeitspanne, die sogenannte Kohärenzzeit, in einem Zwischenzustand aus Null und Eins befinden. Dieser Zustand wird auch Superposition (Quantenverschränkung) genannt. Durch eine Messung geht das Qubit dann in einen der beiden klar definierten Zustände über, sodass man das Messergebnis in einem "klassischen" Bit speichern kann. Dieser Verlust der Superposition wird Dekohärenz genannt. Die Recheneinheit eines Quantencomputers ist also der Qubit. 2021 wurde eine Leistung von 127 Qubit erreicht.

Ein Quantencomputer kann im Gegensatz zu einem klassischen digitalen Computer mehrere Aufgaben parallel lösen (inhärente Parallelverarbeitung). Dadurch ist er besser geeignet für die Lösung bestimmter Klassen von Problemen und kann diese viel schneller lösen als ein konventioneller Supercomputer. 

Quantencomputer werden trotzdem digitale Rechner nicht verdrängen können, sondern werden mit diese koexistieren. Erste kleinere kommerzielle Quantencomputer sind schon im Einsatz.

 

Although computers are usually designed and built by computer scientists and electronics engineers, the basic workings of their components are based almost exclusively on discoveries made by physicists. For example, hard disk storage is based on ferromagnetism, the CPU and RAM components use transistors, compact discs (CDs), digital video discs (DVDs) and recordable magneto-optical (MO) storage use lasers and polarization effects. Monitors use cathode ray tubes derived from electrodynamics or liquid crystal display (LCD) technology derived from condensed matter physics, and laser printers rely on xerography, derived from photosensitization and electrostatics.
The latest advances are also based on discoveries in applied physics: just think of the increasing integration of components in semiconductor chips (VLSI, Very Large Scale Integration, and ULSI, Ultra Large Scale Integration), as well as flat screens or those already mentioned new transportable high-capacity storage media.
 
Therefore, physics is extremely important for the development in the computer sector - not only because it demands ever higher computing power, but above all because it provides the basis for computer technology to experience much more rapid progress than any other technology. Very soon, lightweight, high-resolution LCD monitors will be widely available, utilizing further advances in condensed matter physics, and storage densities on CD-ROMs, DVDs, etc. will continue to increase. In the longer term, holographic three-dimensional memories are likely to become operational, and computers that use optical signals from lasers rather than electronic signals from transistors (optical computers) will probably also be developed. Physical principles set three basic limits on the speed of a computer: First, no signal can travel faster than the speed of light (300,000 km/s), so circuits should be designed as small as possible. However, the smaller size and the denser packing of the switching elements results in a higher power density, which in turn leads to more heat being generated. The performance increases even more than linearly with the computer's operating speed. Therefore, the question of heat dissipation is one of the main problems when designing even faster computers. Physics can also help here: You can use the Peltier effect to cool components, or you can use special materials with high thermal conductivity so that the heat generated is dissipated more quickly. Finally, quantum effects set a fundamental limit to miniaturization when atomic dimensions are reached and the Heisenberg uncertainty principle begins to play a role.
 
Quantum computers are based on a different principle than conventional computers, they use the laws of quantum physics. To build a quantum computer, you first need computing and storage units. These so-called qubits are the quantum mechanical counterpart to the bits of conventional computers. Bits can have exactly one of two possible states, which in the binary system are either zero or one. The qubit, on the other hand, can be in an intermediate state of zero and one for a certain period of time, the so-called coherence time. This state is also called superposition (quantum entanglement). With a measurement, the qubit then goes into one of the two clearly defined states, so that the measurement result can be stored in a "classic" bit. This loss of superposition is called decoherence. The computing unit of a quantum computer is therefore the qubit. In 2021, a power of 127 qubits was achieved. In contrast to a classic digital computer, a quantum computer can solve several tasks in parallel (inherent parallel processing). This makes it better suited to solving certain classes of problems and it can solve them much faster than a conventional supercomputer.
 
Nevertheless, quantum computers will not be able to displace digital computers, but will coexist with them. The first smaller commercial quantum computers are already in use.