Podczas jednego ze swoich osławionych wykładów o fizyce kwantowej na Massachusetts Institute of Technology laureat Nagrody Nobla Richard Feynman zaprezentował teoretyczny model działania urządzenia, które nazwał komputerem kwantowym. Wówczas uznano tę koncepcję za fantastykę naukową. Feynman przekonywał słuchaczy, że do przekształcenia systemu kwantowego w klasyczny model komputerowy wykorzystać można wiele zjawisk wykazujących właściwości kwantowe.
Mimo fali krytyki ze strony środowiska naukowego koncepcja Feynmana została po raz pierwszy zrealizowana już 15 lat po słynnym wykładzie noblisty. W 1996 r. Neil Gershenfeld, Isaac L. Chuang i Marc Kubineca zbudowali maszynę wykorzystująca zjawisko rezonansu magnetycznego NMR. Urządzenie programowano za pomocą impulsów radiowych.
Magiczny świat kubitów
Ale prawdziwy przełom w informatyce kwantowej nastąpił dopiero w 2009 r., kiedy dwóm doktorantom z Centrum Fotoniki Kwantowej na Uniwersytecie Brystolskim udało się zbudować pierwszy optyczny komputer kwantowy korzystający z czterech kubitów.
Nazwa kubit jest skrótem od zwrotu ,,quantum bit". Mówiąc kolokwialnie i skrótowo, w przeciwieństwie do tradycyjnego bita – oznaczającego w systemie binarnym 1 lub 0 – kubit opisuje pewien układ kwantowy, o którym nie możemy uzyskać pełnej informacji bez zaburzenia go poprzez pomiar. Te superpozycje stanów są bardzo nietrwałe. Nawet najmniejszy kontakt z otoczeniem powoduje, że w ułamku sekundy układ wypada ze stanu superpozycji do stanu stacjonarnego. Takie zjawisko fizycy nazywają dekoherencją. Stanowi ona największą przeszkodę w pracy maszyn kwantowych. Ale i nad tym zjawiskiem zaczynamy powoli panować.
Żeby zrozumieć różnice między bitami i kubitami, można się posłużyć następującym przykładem: 4 klasyczne bity dają w sumie 16 możliwych kombinacji, kiedy 4 kubity będące w stanie superpozycji mogą być we wszystkich 16 stanach naraz, a z każdym kolejnym dodanym kubitem liczba kombinacji wzrasta wykładniczo. Oznacza to, że 20-kubitowy komputer może jednocześnie przechowywać i analizować 1 000 000 wartości. Rozbudowana maszyna kwantowa przetwarza olbrzymie zbiory danych w niewyobrażalnie krótkim czasie.