به دلیل کوچکتر شدن ترانزیستورها و پیشرفت‌های دیگر، رایانه‌هایی که زمانی کل اتاق یک ساختمان را اشغال می‌کردند، اکنون روی لپ‌تاپ یا حتی در ساعت هوشمند قرار می‌گیرند. هزینه هر واحد محاسباتی نیز به شدت کاهش یافته است.
با این حال، در تمام بخش‌های اقتصاد، نیاز فوری به اشکال کاملاً جدید میکروالکترونیک وجود دارد که بتواند حجم‌های بی‌سابقه‌ای از داده‌ها را سریع‌تر از همیشه جمع‌آوری و تحلیل کند. اما علم و فناوری که چنین میکروالکترونیک جدیدی را امکان پذیر کند وجود ندارد. یکی از چالش‌ها این است که اندازه ترانزیستورها در ابررایانه‌های امروزی از یک میلیونیم به یک میلیاردم متر کاهش یافته و به اندازه اتم‌ها نزدیک شده است. در تلاش برای پیشرفت‌های اساسی، محققان باید به دنبال راه‌های جایگزین برای کوچک سازی و راه حل هایی فراتر از انواع فعلی معماری کامپیوتر باشند.

در کنار پردازش بسیار سریعتر داده ها، محققان دو مشکل بزرگ برای حل دارند: