量子力学的发展，数学运算的概念被引入了粒子波函数，可以同时计算多重状态上的函数。这一概念引领了20世纪后半叶量子计算机概念的产生，在1990年代彼得·秀尔（Peter Shor）提出量子质因数分解算法，可以在多项式时间内分解大数，如果得以实现，现代的公开密钥加密系统将变得不安全。现代理论计算机科学研究在以上的基础上展开，同时也包含了其它数学和跨学科的问题。