Pionero de la computación cuántica, es una de las máximas autoridades mundiales en teoría cuántica de la información y uno de los padres de la «segunda revolución cuántica». Inició su formación en la Universidad Complutense de Madrid y después fue profesor en la Universidad de Castilla la Mancha. Durante ese período hizo una larga estancia en la Universidad de Colorado, que le llevaría a ser catedrático de física teórica en la Universidad de Insbruck. En 2001, se incorporó al Instituto Max Plank de Óptica Cuántica en Garching (Múnich) para dirigir la división teórica. Desde 2002 es profesor honorario de la Universidad Técnica de Múnich. Sus trabajos teóricos han abierto nuevas vías de investigación experimental en la ciencia de materiales, la física de altas energías, la química cuántica o la criptografía. Tiene numerosos premios de prestigio internacional, entre los que destacan el Wolf, el Príncipe de Asturias y la Medalla Max Planck. Es miembro de las sociedades científicas más importantes, doctor honoris causa de varias universidades de todo el mundo y uno de los autores más citados en su campo, así como gran divulgador de la física entre el gran público.