Um processador IBM Quantum é uma pastilha não muito maior do que a encontrada em um notebook. E um sistema de hardware quântico tem aproximadamente o tamanho de um carro, composto principalmente por sistemas de resfriamento para manter o processador supercondutor em sua temperatura operacional ultrafria.
Um processador clássico usa bits clássicos para executar suas operações. Um computador quântico usa qubits (bits CUE) para executar algoritmos quânticos multidimensionais.
Supercondutores
Seu computador desktop provavelmente usa um ventilador para esfriar o suficiente para funcionar. Nossos processadores quânticos precisam estar muito frios – cerca de um centésimo de grau acima do zero absoluto – para evitar a “decoerência” ou manter seus estados quânticos. Para conseguir isso, usamos superfluidos super-resfriados. Nessas temperaturas ultrabaixas, certos materiais exibem um importante efeito da mecânica quântica: os elétrons se movem através deles sem resistência. Isso os torna “supercondutores”.
Quando os elétrons passam por supercondutores, eles se combinam, formando "pares de Cooper". Esses pares podem carregar uma carga através de barreiras, ou isolantes, por meio de um processo conhecido como tunelamento quântico. Dois supercondutores colocados em cada lado de um isolante formam uma junção Josephson.
Controle
Nossos computadores quânticos usam junções Josephson como qubits supercondutores. Ao disparar fótons de micro-ondas nesses qubits, podemos controlar seu comportamento e fazê-los reter, alterar e ler unidades individuais de informação quântica.
Superposição
Um qubit em si não é muito útil. Mas ele pode realizar um truque importante: colocar as informações quânticas que contêm em um estado de superposição, que representa uma combinação de todas as configurações possíveis do qubit. Grupos de qubits em superposição podem criar espaços computacionais complexos e multidimensionais. Problemas complexos podem ser representados de novas maneiras nesses espaços.
Emaranhamento
O entrelaçamento quântico é um efeito que correlaciona o comportamento de duas coisas distintas. Os físicos descobriram que, quando dois qubits estão emaranhados, as mudanças em um qubit impactam diretamente o outro.
Interferência
Em um ambiente de qubits emaranhados colocados em um estado de superposição, existem ondas de probabilidades. Essas são as probabilidades dos resultados de uma medição do sistema. Essas ondas podem se acumular umas sobre as outras quando muitas delas atingem o pico em um determinado resultado, ou se anulam quando os altos e baixos interagem. Ambas são formas de interferência.
Uma computação em um computador quântico funciona preparando uma superposição de todos os estados computacionais possíveis. Um circuito quântico, preparado pelo usuário, usa interferência seletivamente nos componentes da superposição de acordo com um algoritmo. Muitos resultados possíveis são cancelados por meio de interferência, enquanto outros são amplificados. Os resultados amplificados são as soluções para o cálculo.