量子计算机利用叠加和纠缠等量子力学原理，以不同于经典计算机的方式处理数据加密和解密。与经典比特（只能是 0 或 1）不同，量子比特（qubits）可以同时存在于多种状态。这使得量子算法能够以指数级更快的速度执行某些计算。对于加密而言，最重要的影响来自 Shor 算法等算法，它可以有效地分解大数——这对于经典计算机来说计算上是不可行的任务。例如，RSA 加密依赖于大素数分解的困难性，而 Shor 算法可以在功能足够强大的量子计算机上在数小时内破解 RSA-2048。这对广泛使用的非对称加密方法构成了直接威胁。
在对称加密中，量子计算机的影响较小，但仍具有冲击力。Grover 算法（一种量子搜索方法）理论上可以将对称密钥的有效安全性降低一半。例如，AES-256 在经典攻击下被认为是安全的，但在 Grover 算法下其安全性将降低到 128 位。然而，将密钥长度加倍（例如，使用 AES-512）可以缓解这一问题。量子系统中的解密也有所不同：BB84 等量子密钥分发 (QKD) 协议利用量子特性安全地交换密钥，确保窃听尝试会破坏量子状态并可被检测到。这提供了一种理论上无法破解的密钥共享方式，尽管它需要专用硬件且尚未广泛部署。
为了应对这些挑战，后量子密码学领域致力于开发能够抵抗量子攻击的算法。例如，基于格的密码学依赖于如带误差学习 (LWE) 等问题的困难性，即使是量子算法也难以解决这些问题。美国国家标准与技术研究院 (NIST) 正在标准化后量子算法，其中 CRYSTALS-Kyber（用于加密）和 CRYSTALS-Dilithium（用于签名）是主要候选算法。开发人员今天就可以开始将这些算法集成到系统中，以确保未来的加密安全。虽然能够破解 RSA 或 ECC 的实用大型量子计算机尚不存在，但为它们的最终到来做准备至关重要，因为迁移密码基础设施需要时间。