За разлика от електронните изчислителни устройства, които използват електричество, квантовият компютър съхранява и обработва данни, като експлоатира квантовите свойства на атомите и на елементарните частици. Информацията в конвенционалния компютър се съхранява под формата на битове, които може да имат едно от две алтернативни състояния – 0 или 1. При квантовия компютър информацията се съхранява в „кюбити” (т.е. квантови битове), които може да бъдат не само в състояние 0 или 1, но и в двете едновременно (0 и 1). Именно тук започват странностите на квантовата механика, които противоречат на здравия разум. Странности, които докарват мастити здравомислещи учени до ръба на лудостта, както и закоравели атеисти - до вярата в Бог. Причината за многовариантността на кюбитите е във фундаменталния закон на квантовата механика, наречен „суперпозиция”. Зад тази загадъчна дума се крие възможността атомите и елементарните частици да пребивават едновременно в две

различни състояния.

Например те може да бъдат едновременно в две алтернативни енергийни състояния или пък да се въртят около оста си в две противоположни посоки едновременно. От практическа гледна точка суперпозицията на кюбитите в квантовия компютър означава, че всяка операция, извършена с един кюбит, работи едновременно с две различни стойности, вместо с една, както при традиционните компютри. Т.е. още на базово ниво квантовите компютри осигуряват двойно по-голям ресурс за обработка и съхранение на информация. Съответно система от два кюбита оперира едновременно с четири стойности и т.н. – изчислителният капацитет се увеличава в геометрична прогресия с увеличаването на броя на кюбитите в квантовия компютър. За перспектива - система с няколкостотин кюбита може да съхранява повече числа, отколкото е броят на атомите във Вселената. Това обаче далеч не е всичко. Друг феномен, експлоатиран от

квантовите компютри,

е т.нар. entanglement (сдвояване, свързаност) – явление толкова странно, че самият Айнщайн го е нарекъл „призрачно действие от разстояние” (spooky action at a distance). Под това се разбира свойството на частиците да се свързват от разстояние без никаква физическа връзка между тях. Иначе казано, кюбитите в един квантов компютър могат да споделят състоянията си, т.е. това, което се случва с един от тях, се случва и с всички останали. Практическият резултат от тази странност е възможността за масивна паралелна обработка на информация – друг фактор, който определя потенциала на квантовите компютри. При използването на подходящи алгоритми суперпозицията и квантовата свързаност ще доведат до чудовищна, почти невъобразима изчислителна мощ.

Проведените до момента практически експерименти показват например, че един работещ квантов компютър ще може да разбие за секунди дори най-непробиваемите кодове и пароли. Друго специфично приложение, в което се проявява огромното предимство на квантовите изчисления, е работата с бази данни. Например претърсването на база данни, съдържаща 10 млрд. позиции, ще става

100 хил. пъти по-бързо

в сравнение с класически компютър със същия брой битове. Разбира се, това сравнение е донякъде подвеждащо, доколкото най-мощните квантови „компютри” в момента представляват експерименти, съдържащи не повече от 3-4 кюбита (най-често два). Факт е, че потенциалът на квантовите компютри до голяма степен е все още теоретична мечта, а работата по създаването на хардуера е все още в своя зародиш. Изграждането на практически квантов компютър е изключително трудна инженерна задача. Някои от базовите технологични елементи вече са успешно тествани в лабораториите. Големият проблем обаче е как те да бъдат свързани в работеща система, която може да бъде уголемена до необходимия за създаването на функционални машини мащаб.

Специалистът в областта и професор от Университета на Вашингтон (САЩ) Борис Блинов оприличава сегашния статус на квантовите компютри с момента, в който учените са се опитвали да създадат първия работещ транзистор. Тази аналогия означава, че сега квантовите компютри са условно на нивото, на което се е намирала електрониката в края на 40-те години на 20. век. През 1947 г. изследователите от Bell Labs Уилям Шокли, Уолтър Братейн и Джон Бардийн демонстрират първия работещ транзистор. За това постижение тримата получават Нобелова награда за физика през 1956 г.

Начо Стригулев