В 1981 году физик Ричард Фейнман (Richard Feynman) высказал идею создания крохотных компьютеров, работающих на базе принципов квантовой механики. С тех пор прогресс в данной отрасли не позволил создать полноценный квантовый компьютер. Некоторые проводимые эксперименты демонстрировали лишь базовые принципы идеи и возможности будущих суперкомпьютеров.
Однако результаты последних исследований, проведенных IBM, а также Йельским университетом (Yale University) и Университетом Калифорнии (University of California), дают основание предполагать, что квантовые вычисления могут быть основаны на существующих стандартных микроэлектронных производственных технологиях. В различных группах исследований накладывался слой суперпроводящего материала (рения или ниобия) на полупроводниковую поверхность, которая после этого охлаждалась до температуры, близкой к температуре абсолютного нуля, что позволило ей демонстрировать квантовые свойства.
Квантовые вычисления основаны на кубитах (квантовых битах), которые, в отличие от обычных битов, могут одновременно пребывать в состояниях 1 и 0. Это их свойство получило название суперпозиции. Таким образом, квантовые компьютеры способны осуществлять математические операции с обоими состояниями кубита одновременно. В результате, в системе, включающей 2 кубита, можно осуществлять вычисления для 4 значений одновременно; в системе из 3 кубитов — для 8 значений; в системе из 4 кубитов — для 16 значений и т.д. При увеличении количества кубитов вычислительная способность квантовой компьютерной системы увеличивается экспоненциально.
Однако в процессе изучения и наблюдения было установлено, что кубит может терять свой вычислительный потенциал. Потому исследователи используют квантовую сцепленность или запутанность (quantum entanglement) — явление, при котором квантовое состояние объектов взаимосвязаны друг с другом, даже если отдельные объекты находятся на удалении в пространстве. Проблематичным в квантовых вычислениях является создание и поддержание кубитов в сцепленном состоянии.
Исследователи из выше указанных групп намерены постепенно увеличивать количество контролируемых в сцепленном состоянии кубитов. Так, представитель Йельского университета Роб Щелкопф (Schoelkopf) заявил, что в ближайшие годы количество контролируемых кубитов возрастет незначительно, но точность их контроля увеличится тысячекратно. В то же время исследователи из Университета Калифорнии намерены в следующем году улучшить свою квантовую систему с 4 кубитов и 5 резонаторов до 8 кубитов и 9 резонаторов.