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计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展。21世纪初期，将出现每秒100万亿次的超级计算机，超高速计算机将采用平行处理技术，使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据时行处理，这是改进计算机结构、提高计算机运行速度的关键技术。计算机必将进入人工智能时代，它将具有感知、思考、判断、学习以及一定的自然语言能力。
随着新的元器件及其技术的发展，新型的超导计算机、量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等将会在21世纪走进我们的生活，遍布各个领域。
量子计算机，量子计算机是利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。
电子和光子一样具有波粒二象性，当半导体集成电路线宽小于0.1微米时，其波动性不能忽略，量子效应开始干涉电子的正常运动，量子计算机就是基于量子效应基础上开发的。与现有计算机类似，量子计算机同时主要由存储元件和逻辑门构成，但它们又同现在计算机上使用的这类元件不大一样。在现有计算机中，数据用二进制位存储，每位只能存储一个数据，非0即1。而量子计算机中数据用量子位存储。由于量子叠加效应，一个量子位可以是0或1，也可以既存储0又存储1。由于一个二进制位只能存储一个数据，所以几个二进制位只能存储几个数据。而一个量子位可以存储2个数据，就是说同样数量的存储位，量子计算机的存储量比通常计算机大许多。现在计算机中基本的逻辑门是“与”门和“非”门。对量子计算机来说，所有操作必须是可逆的，也就是从输出要能反推出其输入，量子计算机上使用的“控制非”门就是能实现这种可逆操作的逻辑门。
量子计算机的优点有四：一是能够实行量子并行计算，加快了解题速度，它的运算速度可能比目前个人计算机的Pentium Ⅲ晶片快上10亿倍，可以在一瞬间搜寻整个互联网，轻易破解任何安全密码，黑客任务变得轻而易举；二是用量子位存储，大大提高了存储能力；三是可以对任意物理系统进行高效率的模拟；四是能实现发热量极小的计算机。至于它的弱点，一是受环境影响大，二是纠错较复杂。目前正在开发中的量子计算机有3种类型；核磁共振(NMR)量子计算机、硅基半导体量子计算机、离子阱量子计算机。预计2030年将普及量子计算机。
光子计算机 所谓光子计算机即全光数字计算机，以光子代替电子、光互连代替导线互连、光硬件代替计算机中的电子硬件、光运算代替电运算。光子计算机的各级都能并行处理大量数据，其系统的互连数和每秒互连数，远远高于电子计算机，接近于人脑。
和电子相比，光子的速度永远等于光速，具备电子所不具备的频率和偏振等，从而使它的“载息能力”得以扩大，就所有各项参数而言，光子流都可以方便地利用自有的光学和光电装置进行调节，利用反射镜、棱镜和光导向装置。可随意调整光子流的方向。此外，还有极为理想的光辐射源——激光器，可供使用。最主要的一点是光子不需要导线。即使在光线相交的情况下，它们之间也丝毫不会相互影响。与电子计算机相比，光脑的“无导线计算机”内传递信息的平行通道其密度实际上是极大的。一枚直径5分硬币大小的棱镜，它的通过能力超过全世界现有电话电缆的许多倍。世界上有许多科学家都在研究光脑，一些科学家正试验将传统的电子转换器和光子结合起来，制造一种“杂交”计算机。这种计算机能更快地处理信息，而又可克服目前巨型机的一大痼疾——内部过热，因为一台光脑只需要一台电子计算机所需能量的一小部分就能驱动，从而大大减少机器产生的热量。光脑的许多关键技术，如光存储技术、光互连技术、光电子集成电路等都已获得突破。
光脑的优点是，并行处理能力强，具有超高速运算速度。电子的传播速度为593公里／秒，而光子速度为30万公里／秒，是电子速度的500倍。超高速电子计算机只能在低温下工作，而光脑在室温下即可开展工作；和现在计算机相比，光脑信息存储量大，抗干扰能力强。专家们指出，光脑具有与人脑相似的容错性。系统中某一元件损坏或出错时，并不影响最终的计算结果。目前，科研人员面临的迫切任务是最大幅度地增加光子计算机的运算总能力，即光开关的数量。在今后的研制过程中，专家们所面临的困难将在以下几个方面：①随着无导线计算机能力的提高，就要求有更强的光源。②由于光线射到微反射上是严格对准的，所以结构中全部元件和装配精度应达到亚微米级。③继续研制新的具有完备功能的光脑基础元件开关。
目前，世界上第一台光脑已由欧共体的英国、法国、比利时、德国、意大利的70多名科学家研制成功，其运算速度比计算机快1000倍。科学家们预计，光脑的进一步研制将成为21世纪高科技课题之一。专家们预言，21世纪将是光脑时代。
生物计算机 生物计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。计算机的转换开关由酶来充当，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。生物计算机的信息存储量大，模拟人脑思维，因此有关专家预言，未来人类将获得智能的解放。
科学家正在探索利用蛋白质技术制造生物芯片，从而实现人脑和生物计算机的联接。20世纪70年代,人们发现脱氧核糖核酸(DNA)处于不同状态时可以代表有信息或无信息。这一发现激起了科学家们研制生物电子元件的灵感和热情，一些科学家投入到对生物电子元件的研究，并相继有一些简单的生物元件问世，如生物开关元件、生物记忆元件等。随着微空子技术和蛋白质工程这两种高技术的相互渗透，生物计算机的时代即将到来。
在用蛋白质工程技术生产的生物芯片中，信息以波的形式沿着蛋白质分子链中单键、双键结构顺序的改变，从而传递了信息。蛋白质分子比硅晶片上的电子元件要小得多，彼此相距甚近，生物计算机完成一项运算，所需的时间仅为10微微秒，比人的思维速度还快100万倍。由于生物芯片的原材料是蛋白质分子，所以生物计算机既有自我修复的功能，又可直接与生物活体相联。
科学家们已经在探索实现人脑和生物计算机进行脑机联接的各种可能性。生物计算机登上21世纪的科技舞台，对未来世界将产生不可估量的深刻影响。
人工智能计算机 计算机能够表达喜怒哀乐以及其它的情感，能够进行创造性的劳动。研究人员宣布2050年将有一批有“意识”的计算机问世。
人工智能计算机不仅能模仿人的左脑进行逻辑思维，而且能模仿人的右脑进行形象思维，程序设计人员成功地把计算机设计得像人，模拟人的思维、人的说话及人的感觉，以假乱真，起码在语言上是这样。人类是感情丰富，富有创造性的，这些给智能机器的设计提供了重要的依据。要使机器作出的决策和杰出的科学家所作出的决策一样，就必须利用人的心理因素来进行计算机程序的设计。未来的计算机与人类打交道更加频繁，所以使得计算机能够理解人们的情感是很必要的。计算机必须根据喜、怒、哀、乐感情的反映，来为它的主人做出相应的决定。
计算机的感情是建立在多规律上的，某些事情使人感到高兴，而另外一些事情使人感到忧虑，这些事都是根据特定的环境作出反映。例如，一个人当然不害怕他自己喂养的狗来咬他，但是他有可能要提防一条陌生的狗。特定的环境因素可以被转换成为计算机能够理解的一系列判断规律——IF（若）then（则）语句，然后编程序放在计算机里。
目前尚不能证实突然的个性变化，例如人们恳求或者深思引起的感情变化，有无规律可循（通过尚未了解的规律来支配）。一旦获得这些规律，就能够对其进行程序设计来模拟，使得智能计算机可以起到类似的作用。另一种可能性是可编程序的想象力。程序能够对在一组特定的环境条件下将会导致什么样的结果作出猜测或推测，这是想象力中最基本的。例如一个进行结构设计的计算机程序能够“想象”如何建立一个独到之处的结构，并且在正式投产以前，及时发现它的错误和缺点。
计算机程序能够使用“满意”确定干什么的依据，可以通过详细地探索，可能的想象和得出可能的变化以及分析。如果某一分析产生了否定的表示，那么程序就像人一样，探索了另外的可能性，以期得到更加“满意”的结果。这种计算机具有极大的计算能力，可以用来管理人们的帐户、网络、飞机、火车、WEB。或许有朝一日，还会给人类造成麻烦。
纳米计算机 在计算机领域，应用纳米技术研制新型计算机已经呈现出一丝鼓舞人心的曙光。惠普实验室的科研人员应用纳米技术研制计算机内存芯片，其体积不过数百个原子的大小，相当于人头发丝直径的千分之一。一旦研究获得成功，将为其他缩微计算机元件（包括像今天的奔腾级芯片一样的微处理器）的研制和生产铺平道路，并在可穿戴式计算机的研究方面取得突破。这种研究的重大意义在于纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源，而且性能上比今天的计算机强大许多倍。纳米技术指明了21世纪计算机发展的未来。
随着应用需求的不同，多功能、特殊用途计算机也将不断出现。如用于检查海上石油平台、输油管道、船体的水下计算机；应用于公共汽车外型设计、模式识别、股票交易等信息处理领域的模糊计算机；无键盘计算机、语音计算机也将相继问世。