光計算機具有NXN的並行處理能力。光的平行傳播性，可以保證成千上萬條光同時穿越壹塊光子元件的不同通道而不會互相幹擾。
光計算機計算精度高，運算速度極快。比現行電子計算機運算速度快壹千倍。
光的信息攜帶能力強。光通道攜帶的信息比電通道多2×104倍，光子存儲器能夠快速和並行存取數據。
光計算機按工作原理可分為模擬式和數字式兩種。模擬式是利用光學圖像的二維性直接進行運算，而數字式完全采用電子計算機的技術結構，只是用光子邏輯元件取代電子邏輯元件。在20世紀80年代歐洲就開始研制光計算機，據悉，1984年5月歐洲八所大學聯合研制成了世界上第壹臺光計算機。90年代初美國也研制出了光計算機的模型機。目前，單元的光學邏輯器件、光開關器件、光存儲器件已經問世；作為光計算機的外部存儲設備的光盤技術已相當成熟。21世紀光計算機的應用將會成為現實。
如果計算機的體積在將來要進壹步變小，計算機元件的尺寸也會相應變得非常之小。不過，當計算機微型化發展到壹定程度時，就必須用新技術來補充或取代現有的技術。80年代初，經過美國阿貢國家實驗室的研究，證明了壹臺計算機原則上可以以純粹量子力學的方式運行。由於微小的粒子（如原子）只能以分立的能態存在，當原子從壹個能態變到另壹個能態時，要吸收或放出光子，而量子波又具有叠加性，壹位量子信息只有兩種可能情況中的壹種，類似於數學的二進制。研究人員利用粒子的自旋轉，成功地進行了簡單的兩位量子的邏輯運算。實驗證明可以建立通用量子邏輯門（NOT、COPY、AND），再通過光纖把這些量子邏輯門連在壹起，穿過光纖或單個光子能夠把信息位從壹個邏輯門運送到另壹個邏輯門。這樣，在理論上就可以成為壹臺量子計算機了。
量子計算機是通過使處理數字信息的人們熟知的分立特性與量子力學奇異的分立特性相對應而進行計算的。在量子計算機中半翻轉的量子位則開辟了新型計算的途徑。量子計算機具有量子並行性和運行速度非常快的特點，它可以用於模擬其他的量子系統，可以用於大數的分解因子。現在量子計算機正在研制實驗階段。