量子計算的實現, 有兩個層面的考慮。一個是抽象層面上, 以何種方式實現量子計算, 我們稱之為量子計算的模式。最常見、以及在物理應用中廣泛採納的量子計算模式是基於邏輯網絡的量子計算模式, 它以量子邏輯門為基礎, 其表述類似於經典計算機中的電子線路。其它主要的量子計算模式還有基於整體控制的量子計算模式, 絕熱量子計算模式, 和one-way量子計算模式或者稱作基於測量的量子計算模式。
另一個層面是物理實現層面, 即在何種具體的物理系統裡來實現量子計算, 或者說建造量子計算機。而判定物理系統是否可用來做量子計算體系的標準，一般使用被人們廣泛接受的DiVincenzo判據。D. P. Divinvenzo提出在某個物理系統中建造量子計算機必須滿足以下五個條件：
（原文發在量子研究網站：http://quantum-study.com/article/803/21.html）
1. 具有可掌控的量子比特,並具有可擴展性。（A scalable physical system with well characterised qubits）
「可掌控的量子比特」意思是首先能夠實現量子比特,其次該量子比特的物理參數、它與其它量子比特的相互作用以及與環境的相互作用都必須很清楚。「可擴展性」是指能夠實現的量子比特數量要具有一定的規模擁有幾百到上千個量子比特的量子計算機才真正具有比經典計算機優越的性能,其中所有的量子比特之間應當能夠互相分辨,單獨操作,以及從整體上完全掌控它們的行為。
2. 能夠將量子比特初始化到一個簡單的量子態。(The ability to initialise the state of the qubits to a simple state)
這個條件包含兩方面的要求。一是量子計算機的初始化。量子計算機應該能重複使用,在開始新的量子計算任務之前必須將所有量子比特置於一個己知的態。另一個是量子糾錯的要求,它要求在計算過程中能夠源源不斷地提供這種空白量子比特。
3. 能在較長時間內保持量子相干性,或者說退相千時間要遠大於量子邏輯門操作時間。(Long relevant coherence times, much longer than the gate operation time)
量子比特與環境的藕合會導致其量子相干性的喪失。人們通常把量子比特退相干時間與量子邏輯門操作時間的比率稱為品質因子。
4. 能夠進行普適量子邏輯門操作。(A universal set of quantum gates)
後面章節會介紹,任意的量子么正操作都可以通過一組普適量子邏輯門來實現。因而該條件保證了該量子計算機可以完成任意的量子計算任務。
5. 能夠進行單量子比特的測量。(A qubit specitic measurement capability)
這個條件對應於量子信息的讀出。
除以上五條外, D. P. Divinvenzo後來又添加了兩條關於實現量子計算機網絡的要求:
6. 本地量子比特和飛行量子比特能夠互相轉化。(The ability to interconvert stationary and flying qubits)
7. 能夠在兩地間傳播飛行量子比特。(The ability to faithfully transmit flying qubits between specified locations)
上述兩條要求與另一個研究領域—量子通訊—緊密相關。量子通訊與量子計算是兩個互相併行的研究分支,它們統稱為量子信息科學。