Un computer quantistico è qualsiasi dispositivo che sfrutta i fenomeni della meccanica quantistica per eseguire algoritmi. Poiché i computer quantistici hanno proprietà computazionali fondamentalmente diverse rispetto ai computer convenzionali, i dati contenuti nei computer quantistici sono indicati come qubit anziché bit. Nei computer convenzionali i dati sono rappresentati da solchi microscopici su un disco rigido. In un computer quantistico, i dati sono rappresentati dalle proprietà quantistiche di una determinata molecola o insieme di molecole.
Invece di eseguire calcoli recuperando i dati da un disco rigido ed elaborandoli utilizzando un circuito integrato pieno di porte logiche, i computer quantistici elaborano i dati bombardando la molecola contenente le informazioni con brevi impulsi di radiazione. Ogni ciclo di bombardamento rappresenta un’operazione algoritmica sui dati contenuti all’interno della molecola. Quando l’algoritmo termina, viene misurato lo stato quantistico della molecola, un processo che di per sé influenza il risultato finale. Ciò è dovuto alla natura fondamentalmente incerta della meccanica quantistica.
Per aggirare questa difficoltà, gli algoritmi di calcolo quantistico vengono eseguiti più volte e la media ponderata dell’output si avvicina asintoticamente alla risposta corretta. Poiché i fenomeni della meccanica quantistica sono intrinsecamente probabilistici piuttosto che deterministici, non è possibile una risposta ben definita al primo tentativo.
I computer quantistici possiedono determinate capacità che mancano ai computer classici. Il calcolo quantistico consente la fattorizzazione rapida di grandi numeri (una minaccia esplicita alle tecniche crittografiche convenzionali), la simulazione più accurata dei fenomeni quantistici e una ricerca molto efficiente nei database.
Per qualsiasi spazio di ricerca di dimensione n nodi, in cui ogni nodo rappresenta una possibile soluzione a un problema, c’è solo una possibile soluzione e ogni nodo deve essere controllato individualmente per le proprietà che corrispondono a una soluzione corretta, il calcolo quantistico offre una fantastica accelerazione. Nei computer convenzionali, il tempo medio di ricerca è il tempo necessario per controllare ciascun nodo moltiplicato per il numero di nodi (n) diviso per due (è probabile che la soluzione venga trovata circa a metà della ricerca). Nei computer quantistici, il tempo medio di ricerca è il tempo necessario per controllare ogni nodo moltiplicato per la radice quadrata di n. Ciò conferisce un enorme vantaggio che diventa più impressionante solo quando si considerano problemi più grandi.
Non è ancora possibile concepire tutte le applicazioni dei computer quantistici maturi. Il maggior numero di qubit mai contenuto in un sistema di calcolo quantistico è 7. Poiché la ricerca sull’informatica quantistica continua rapidamente con molti milioni di dollari in finanziamenti, sarà solo questione di tempo prima che si verifichi una svolta critica e vengano inventate applicazioni impressionanti.