Bár végleges megoldás még mindig nincs, a jó hír az, hogy nincs távol a megvalósítás, a rossz hír viszont, hogy nem olyan egyszerű összerakni, mint egy PC-t.
Egy klasszikus Rubik-kockának 43 252 003 274 489 856 000 állása van. Számomra teljesen csodával határos, hogy mégis vannak emberek, akik egy pillantás után vakon ki tudják rakni az egészet. Ennek leginkább az a titka, hogy van egy általános szabály, mi szerint minden Rubik-kocka kirakható 20 lépésben vagy annál kevesebben.
Egy kvantumszámítógép működtetése sokban hasonlít a Rubik kocka kirakására vakon. Azt pontosan tudod honnan indulsz, aztán vagy limitált számú változód – a qubitek, amiket néhány egyszerű szabály szerint kell kiraknod – a forgatás reprezentálja a kvantum állapotot. Ha csak fél szemmel is csalsz, annak ára van, az kezdheted újra a kirakást – az egész számítás csődbe megy.
A kvantumszámítógépek erőfölénye pont abban rejlik, hogy a rendszer hihetetlenül nagy számokkal is tud dolgozni és borzalmasan sok állapotban lehet egyszerre. Sokan épp ezért mondják azt, hogy igazi kvantumszámítógépet nem lehet sem építeni, sem kontrollálni, hiszen a paraméterek száma, amivel jellemezhető lenne annak aktuális állapota egyszerűen túl nagy szám lenne. Mondjuk úgy, hogy igazi mérnöki kihívás lenne a qubiteket rávenni, hogy tényleg úgy viselkedjenek, mint ahogy azt elvárnánk a kontrollálás hatására.
Ha a mérnökök végre rájönnének, hogyan vegyék 100%-ban irányításuk alá a kvantumszámítógépeket, akkor azok egy nap olyan problémákat oldhatnának meg, amik jóval messzebbre nyúlnak a klasszikus számítógépek határainál. Tech vállalatok és kormányok dollármilliárdokat ölnek ezekbe a projektekbe. De a technológia továbbra is olyan instabil, hogy működésük és működtetésük igazi lutri.
A szuperpozíció során a qubitek egyszerre vannak 0 állapotban és 1 állapotban is. Egy komplex szám együtthatóval pedig az is könnyen meghatározható, hogy éppen mennyire nullás és mennyire egyes az állapotuk. A kvantumösszefonódás miatt pedig több qubit esetén egy adott qubit állapota nem meghatározható függetlenül a többitől. Így néhány összefonódott qubit már egyből sokkal bonyolultabbá teszi a matekot, mint egy qubit.
Míg két klasszikus bit kizárólag 00, 01, 10 vagy 11 értékeket vehet fel, két összefonódott qubit ennek a négy alap értéknek egy csomó szuperpozíciós formájában érhető el. Ahol az összefonódott quibteknek egy bizonyos mennyiségű 00-sága, 01-sége, 10-sága és 11-sége van. Így n számú qubit 2 az n.-en számú szuperpozíció állapotába kerülhet.
A qubitekkel való műveleket pedig sokban hasonlítanak a Rubik-kocka kis kockáinak elforgatásához, azzal az extrával, hogy a quantum fordulatok sosem tökéletesek, legfőként a kontrol jelek minőségének limitáltsága miatt, amivel befolyásolhatók a qubitek. Ez a tökéletlenség viszont igen hamar inkorrekt számításokhoz vezethet.
A másik hibaforrás a dekoherencia. A magukra hagyott qubitek folyamatosan vesztenek a bennük tárolt információkból és egyre jobban lazul az összefonódásuk. Ez leginkább azért van, mert valamilyen szintig a qubitek a környezetükkel is interakcióba lépnek, azonban a jelenlegi környezetükben teljesen izolálva tartjuk őket a számítások elvégzéséhez.
Ezeket a pontatlanságokat és dekohereneciát ki lehet küszöbölni a kvantum hiba korrekcióval, azonban ez néhány qubit feláldozását igényli. Ha azonban a gép fő- és alfunkciót különböző csoportokra bontjuk, akkor ezek a csoportok sokkal könnyebben vetíthetők át hardveres vonalra.
A Holland QuTech szerint öt különböző szintre oszthatók ezek a csoportok. Az IBM, Google és Intel mind-mind többé-kevésbé ezt a megközelítést követi, quantumszámítógépeik kialakítása során.
A legmagasabban helyezkedik el az applikációs szint, ezt követi a klasszikus számítás szintje, majd a digitális-, az analóg- és kvantum számítás szintje.
Az applikációs szint nem része magának a kvantum számítógépnek, azonban mégis kulcsfontosságú eleme a rendszernek. Itt kerül a releváns algoritmusok használatával programozásra a környezet, a kvantumszámítógép operációs rendszere, a felhasználói felület és így tovább. A többi szinttől függően ez létrejöhet teljesen kvantum vagy klasszikus számítógépes megoldások keverékéből is.
A klasszikus számítási szint három alap funkcióért felel: optimalizálja a kvantum algoritmusokat, hogy azok mikroinstrukciók alapján futhassanak. Ez olyan, mint a klasszikus számítógépek processzora. Továbbá ez a szint dolgozza fel a hardver által kvantum állapotban elvégzett számításokat. Egyben ez a szint felel a a többi szint kalibrációjáért és finomhangolásért.
A digitális-, analóg és kvantum számítás szintje, amik együtt alkotják a kvantum számítási egységet (Quantum Processing Unit). A digitális számítás szintjén a mikroinstrukciókat impluzusokra fordítják le, olyan jelekké, melyek a qubitek manipulálásához szükségesek, kvantum logikai kapukként működve.
Az analóg számítási szint az eggyel lejebb elhelyezkedő qubitek számára továbbítja a különböző jeleket különböző mikrohullámok segítségével, amiket úgy modulálnak, hogy azok kivitelezzék a megfelelő qubit műveleteket.
Attól függetlenül, hogy nem nehéz ilyen jeleket előállítani, az viszont egész bonyolult, amikor számtalan ilyen jelet kell menedzselni, amik szükségesek egy kvantumszámítógép működéséhet. Egyrészt pikoszekundum szinten össze kell hangolni a működésüket, másrészt úgy kell irányítani ezeket a jeleket, hogy megfelelő jel megfelelő qubithez érjen el.
Kisebb rendszerek esetén a néhány tucat qubit egyenként különböző frekvenciára hangolható. Ha viszont milliós nagyságrendben dolgozunk qubitekkel, már egyből nem ilyen egyszerű a helyzet.
Tovább nehezíti a helyzetet, hogy jelen rendszerekben a digitális- és analóg számítási szintek szobahőmérsékleten működnek, míg a kvantum számítási szint viszont közel abszolút nulla fokon működtethető csak.
A legnagyobb vállalatok is jelenleg pre-prototípusokat építenek. Ezek a gépek maximum csak néhány tucat qubitet tudnak hasznosítani, párszáz koherens kvantum művelet elvégzésével. Jelenleg a Google, IBM és Intel is ezen a szinten ragadt meg. Így az még biztos, hogy a kereskedelmi forgalom még nagyon távol van.
