量子退火是一种受限的量子计算模型，专门为优化问题而构建，而不是为通用算法而构建。首先把一个优化问题映射到一个量子比特系统上，使得系统能量最低的构型（其基态）对应最优解。量子比特从一个易于制备的状态出发，在绝热定理的指导下缓慢演化——该定理表明，只要演化足够缓慢，一个从基态出发的量子系统就会在整个演化过程中保持在基态——朝着问题的能量图景演化，因此在最后读出量子比特时，得到的就是一个低能量、但愿也是最优的解。D-Wave 是量子退火硬件领域占主导地位的商业供应商，其系统的量子比特数已超过 5000 个，不过退火用的量子比特无法与 IBM、Google 或 IonQ 所使用的门模型量子比特直接比较，因为退火机无法运行像 Grover 算法或 Shor 算法那样的任意线路。量子退火机在实际问题上，相较于最好的经典优化启发式算法是否真的具有速度优势，这一点在学术界仍然存在真正的争议，而且似乎在很大程度上取决于具体问题的结构。