Entre las opciones que manejan los científicos, los ordenadores cuánticos, sugeridos como una posibilidad teórica por Richard Feynman, Nobel de Física, es la que cuenta con más posibilidades de hacerse realidad a medio plazo. Se han desarrollado programas específicos para estos ordenadores que permitirán, por ejemplo, buscar información en una base de datos, solo que en vez de indagar verificando uno por uno todos los elementos de la base como en un ordenador convencional, un ordenador cuántico los comprobaría todos a la vez.

Los ordenadores cuánticos almacenan la información en forma de qubits (cubits), que son estados cuánticos que representan unos y ceros En un ordenador cuántico el cero y el uno podrían corresponder al estado del espín de un átomo o un electrón. Lo diferente es que el átomo puede encontrarse en una superposición de ambos estados, es decir, se encuentra en situación 0 y 1 a la vez. Esta propiedad permite realizar varias operaciones en paralelo, lo que incrementa enormemente la capacidad de cálculo para resolver algoritmos de forma mucho más rápida. Se estima que un ordenador cuántico de 30 qubits equivaldría a un procesador convencional de 10 teraflops (10 millones de millones de operaciones elementales por segundo), cuando las equipos actuales trabajan en magnitudes de gigaflops (miles de millones de operaciones por segundo).

La empresa canadiense D-Wave (fundada por el físico canadiense Geordie Rose) ha dado lugar a una polémica, al comercializar desde 2007 ordenadores anunciados como cuánticos, uno de ellos adquirido por Google y la NASA. Sin embargo las evidencias indican que no se tratan de ordenadores cuánticos en el sentido habitual de la física. Consiste en un ordenador montado a base de conectar 512 qubits (bits cuánticos) superconductores. Para ser un ordenador cuántico además debería demostrar que durante su operación estos qubits están entrelazados entre sí; si no lo están, estos qubits se comportan como bits probabilísticos y es un ordenador clásico no determinista sin paralelismo cuántico. Más aún, ni siquiera es un ordenador de propósito general, capaz de ejecutar un algoritmo no determinista arbitrario; se trata de un ordenador de propósito específico que ejecuta un único algoritmo, el recocido cuántico, la versión con qubits del recocido simulado.

Otra posibilidad son los ordenadores ópticos, se basan en que cambian los electrones de las señales eléctricas por los fotones de la luz. Éstos últimos serían la unidad básica para enviar datos y sus propiedades harían que los equipos dieran un salto considerable en lo que se refiere a rendimiento. Por el momento sólo se ha experimentado con algunos prototipos, pero ninguno ha salido del laboratorio. En 2009, investigadores de la Universidad de Bristol ya anunciaron la puesta en marcha de un sistema óptico. Un chip que utilizaba partículas de luz para hacer cálculos sencillos. El ejemplo que ofrecieron los creadores fue una simple multiplicación, de 3×5. El dispositivo fue capaz de dar la respuesta 15. "Esta tarea puede ser llevada a cabo mucho más rápido por cualquier escolar", comentó uno de los impulsores del experimento, "pero esto es realmente una importante demostración que prueba un principio", añadió. Es una de las muestras más primitivas de la investigación sobre computación basada en fotones.

Otra alternativa a la electrónica digital es la espintrónica. Un electrón se caracteriza por tres propiedades, carga, masa y espín; de las que la electrónica solo utiliza la carga y la masa. La espintrónica opera con las propiedades de espín de un electrón, en lugar o en adición con las propiedades dependientes de la carga.

Algunos de los posibles usos de la espintrónica son: memorias magnetorresistivas de acceso aleatorio, transistores de espín, escáneres en medicina (por ejemplo para detectar células cancerosas) e incluso en ordenadores cuánticos.

La alternativa más reciente consiste en la creación de una corriente mediante la caracterización del efecto de muchos cuerpos en el transporte de los átomos (del tipo conocido como "bosónicos ultrafríos") a lo largo de una red periódica, conocida como atomtrónica. Los innovaciones más recientes se debe a Anton Ivanov y sus colaboradores del Instituto de Física Teórica de la Universidad de Heidelberg, Alemania.