محاسبات کوانتومی اطلاعات را به گونهای نگه میدارد و پردازش میکند که از ویژگیهای منحصربهفرد ذرات بنیادی بهرهبرداری میکند: الکترونها، اتمها و مولکولهای کوچک میتوانند همزمان در چندین حالت انرژی وجود داشته باشند، پدیدهای که به عنوان برهم نهی شناخته میشود، و حالات ذرات میتوانند به هم مرتبط شوند، یا درگیر، با یکدیگر این بدان معنی است که اطلاعات را می توان به روش های جدید رمزگذاری و دستکاری کرد و دری را به روی رشته ای از وظایف محاسباتی کلاسیک غیرممکن باز می کند.
هنوز کامپیوترهای کوانتومی به هیچ چیز مفیدی دست پیدا نکرده اند که ابررایانه های استاندارد نتوانند انجام دهند. این عمدتا به این دلیل است که آنها کیوبیت های کافی نداشته اند و به این دلیل که سیستم ها به راحتی توسط آشفتگی های کوچک در محیط خود که فیزیکدانان آن را نویز می نامند، مختل می شوند.
محققان در حال بررسی راههایی برای اکتفا به سیستمهای پر سر و صدا بودهاند، اما بسیاری انتظار دارند که سیستمهای کوانتومی برای اینکه واقعاً مفید باشند، باید به میزان قابل توجهی افزایش یابند تا بتوانند بخش زیادی از کیوبیتهای خود را به تصحیح خطاهای ناشی از نویز اختصاص دهند.
آیبیام اولین کسی نیست که هدف بزرگی دارد. گوگل گفته است که تا پایان دهه یک میلیون کیوبیت را هدف قرار داده است، اگرچه تصحیح خطا به این معنی است که تنها 10000 کیوبیت برای محاسبات در دسترس خواهد بود. IonQ مستقر در مریلند قصد دارد 1024 “کیوبیت منطقی” داشته باشد که هر کدام از یک مدار تصحیح خطا متشکل از 13 کیوبیت فیزیکی تشکیل می شود و تا سال 2028 محاسبات را انجام می دهد. PsiQuantum مبتنی بر پالو آلتو نیز مانند گوگل قصد ساخت دارد. یک کامپیوتر کوانتومی میلیون کیوبیتی، اما مقیاس زمانی یا الزامات تصحیح خطا خود را فاش نکرده است.
به دلیل این الزامات، ذکر تعداد کیوبیتهای فیزیکی چیزی شبیه به شاه ماهی قرمز است – جزئیات نحوه ساخت آنها، که بر عواملی مانند انعطافپذیری آنها در برابر نویز و سهولت کار تأثیر میگذارد، بسیار مهم است. شرکتهای درگیر معمولاً معیارهای بیشتری از عملکرد مانند «حجم کوانتومی» و تعداد «کیوبیتهای الگوریتمی» ارائه میکنند. در دهه آینده، پیشرفتها در تصحیح خطا، عملکرد کیوبیت، و «کاهش» خطای مبتنی بر نرمافزار، و همچنین تمایزات عمده بین انواع مختلف کیوبیتها، دنبال کردن این مسابقه را بهویژه دشوار خواهد کرد.
پالایش سخت افزار
کیوبیتهای IBM در حال حاضر از حلقههایی از فلز ابررسانا ساخته میشوند که از همان قوانین اتمها پیروی میکنند که در دمای میلیکلوین کار میکنند، فقط کسری کوچک از یک درجه بالاتر از صفر مطلق. در تئوری، این کیوبیت ها را می توان در یک مجموعه بزرگ کار کرد. اما طبق نقشه راه خود آیبیام، رایانههای کوانتومی از نوع ساخته شده توسط آیبیام تنها میتوانند تا 5000 کیوبیت را با فناوری کنونی مقیاس کنند. بسیاری از کارشناسان می گویند که این به اندازه کافی بزرگ نیست که بتوان در محاسبات مفید نتیجه داد. برای ایجاد کامپیوترهای کوانتومی قدرتمند، مهندسان باید بزرگتر شوند. و این نیاز به فناوری جدید دارد.