Una dintre componentele de bază ale a calculator cuantic este unitatea de procesare cuantică (QPU) sau procesorul cuantic. În loc de biți binari utilizați în calculul clasic, computerele cuantice folosesc biți cuantici – sau qubits pe scurt. Acești qubiți sunt particule subatomice care pot folosi proprietățile lui mecanica cuantică pentru a reprezenta și a prelucra cantități mari de date.
Un procesor cuantic manipulează qubiții pentru a finaliza sarcinile. Este asemănător cu unitatea centrală de procesare (CPU) a unui computer convențional, care efectuează calcule folosind informațiile deținute în biți binari – 1 și 0 de date.
Spre deosebire de procesoarele clasice, procesoarele cuantice folosesc porți logice cuantice (sau porți cuantice) pentru a manipula qubiții și pentru a efectua calcule. Porțile cuantice sunt în mod inerent diferite de porțile logice binare, deoarece sunt concepute pentru a profita de proprietățile ciudate ale fizicii cuantice. Regulile bizare ale lumii cuantice permit calculatoarelor cuantice să efectueze calcule într-o simplă fracțiune din timpul necesar computerelor binare normale.
Deoarece tehnologia este încă la început, în prezent nu există o arhitectură sau o abordare standard pentru dezvoltarea unui procesor cuantic, iar un procesor cuantic poate funcționa într-un mod complet diferit de altul. Din cauza acestor arhitecturi diferite, poate fi dificil să compari capacitățile diferitelor tipuri de procesoare cuantice.
Cum funcționează procesoarele cuantice?
Dezvoltarea procesoarelor cuantice se confruntă încă cu provocări practice semnificative. Pentru a fi eficiente și precise, procesoarele cuantice trebuie, de asemenea, să mențină stabilitatea qubitului și să aibă sisteme viabile de corectare a erorilor. Ambele elemente sunt esențiale pentru dezvoltarea calculatoarelor cuantice capabile să efectueze calcule la scară largă cu precizie.
O parte a problemei este însă că qubiții sunt în mod inerent fragili și pot fi afectați de o varietate de condiții de mediu externe. O stare stabilă de qubit, care este esențială pentru precizie, este adesea (dar nu exclusiv) obținută prin utilizarea câmpurilor magnetice de mare putere sau prin înghețarea qubiților la aproape zero absolut.
Există, de asemenea, investigații în desfășurare asupra unei varietăți de tehnologii care pot detecta modificări nedorite ale stărilor qubitului, alături de cele care corectează sau compensează interferențele externe.
Aceste provocări tehnice fac din procesoarele cuantice tehnologii incredibil de delicate, care sunt sensibile la cea mai mică interferență externă. Chiar și vibrațiile minuscule pot perturba un procesor cuantic de la îndeplinirea cu succes a sarcinii, ceea ce înseamnă că nu sunt încă potrivite pentru aplicații în afara unui mediu de laborator.
Algoritmii clasici nu pot fi utilizați în fizica cuantică, așa că procesoarele cuantice folosesc algoritmi cuantici care le permit să execute codul diferit. Natura unică a algoritmilor cuantici le permite să profite de proprietățile cuantice și să proceseze datele într-un ritm mai rapid.
Deși procesoarele cuantice sunt capabile să efectueze calcule prea complexe pentru cele de astăzi cele mai puternice supercalculatoareei nu sunt capabili să rezolve probleme indecidabile, cum ar fi orice este fundamental de nerezolvat.
Dezvoltarea unităților de procesare cuantică este asemănătoare cu evoluția timpurie a CPU-urilor convenționale. Deși există o varietate de arhitecturi de unități de procesor cuantice, acestea vor deveni probabil unificate într-un singur design standard pe măsură ce tehnologia este rafinată și îmbunătățită în următorii ani.