A „számítógép” szót hallva legtöbbünknek az íróasztal alatt lévő doboz, az asztalon lévő 12mm vastag laptop, vagy esetleg egy okostelefon jut eszünkbe, de ezeknél egy sokkal újabb technológia is létezik, melyet teljesen más problémakörök megoldására használhatunk, de hogy ezek működését megérthessük, tudni kell, mi is egy számítógép. Minden egyes számítógép agya a processzor. Ezek a processzorok az 1960-as évek óta exponenciálisan erősödnek, miközben exponenciálisan csökken a méretük. Hogy ebbe kis betekintést nyerhessünk, az 1960-as években egy számítógép tornaterem méretű volt, és valószínűleg a zsebünkben lévő okostelefon teljesítményének mindössze töredékével rendelkezett. 1970-re egy szobányira, ’80-ra egy nagyobb asztalon elférőre, manapság pedig a zsebünkben elférő méretűre változtak ezek az eszközök, miközben teljesítményük csak nőtt. A számítási egységek mérete lassan eléri az atom méretét, ami nagy fejfájást okozhat a processzorgyártóknak. Minden egyes alkatrésze egy számítógépnek nagyon egyszerű feladatokat lát el, csak nagyon sokat belőlük. A csip modulokból, a modulok logikai kapukból, azok pedig tranzisztorokból állnak. A tranzisztor egy elképesztően egyszerű dolog. Gyakorlatilag egy kapcsolóként üzemel, ami átengedi, vagy megállítja a rajta keresztül haladó információt, amely bitekből áll. Egy bit lehet 0 vagy 1. Rengeteg bit különböző kombinációját használja a gép bonyolultabb információk továbbítására. A logikai kapuk szintén egyszerű feladatot látnak el. Ilyen az „or”, avagy „vagy” kapu, amely kiad egy jelet, ha valamelyik bemenete egy. Másik példa az „and” kapu, amely akkor ad ki jelet, ha minden bemenete egy. Logikai kapuk kombinálásából kapjuk a modulokat, melyek kicsit komplexebb feladatokat látnak el, például két szám összeadását. Ha tud a számítógépünk összeadni, akkor tud szorozni is, ha pedig tud szorozni, akkor gyakorlatilag minden feladatot el tud végezni.
A probléma, hogy a tranzisztorok mérete napjainkban 14 vagy akár 7 nanométer, ami a 120 nanométeres HIV-vírushoz képest is kicsi, nem is beszélve arról, hogy egy vörösvérsejtnél is 500-szor, vagy 1000-szer kisebb (a tranzisztor típusától függően). Aki tanult kvantumfizikát, tudja, hogy az elektronok rendelkeznek olyan tulajdonsággal, hogy át képesek jutni egy akadályon bizonyos körülmények között. Ezt a jelenséget alagúthatásnak nevezzük. A kvantumvilágban a fizika meglehetősen máshogy működik, mint ahogy azt gondolnánk és a számítógépeink gyakorlatilag érthetetlenek. A technológiai fejlődésünk így lassan eléri a fizikai határát, amikor olyan kicsik lesznek a tranzisztorok, hogy nem tudják elvágni a rajtuk áthaladó elektronok útját, mert az alagúthatás miatt átjutnának.
Ezt a jelenséget tudósok hátrány helyett előnyként próbálják használni, és kvantumszámítógépeket építenek. Bitek helyett kvantumbitek (más néven Qubit) az információ legkisebb egységei. Egy kvantumbit bármilyen kétértékű kvantumrendszer lehet. Nem kell megijedni egy ilyen kifejezéstől, ilyen például egy elektron mágneses- és spinkvantumszáma, vagy egy foton vertikális és horizontális polarizáltsága. A kvantumvilágban viszont lehetősége van arra, hogy mindkét tulajdonsággal bármilyen mértékben rendelkezhet egyszerre. Ezt nevezzük szuperpolarizáltságnak. Viszont ha egy polárszűrőn keresztülvezetjük, biztos, hogy csak vertikálisan vagy csak horizontálisan polarizált elektronként fog viselkedni, viszont nem tudjuk megjósolni, melyik lesz. Ezt úgy képzelhetjük el, hogy van egy tetraéderünk, aminek nem tudjuk, hogy hány oldalára van írva „A” és hányra „B”. Viszont hogyha ledobjuk a földre, biztos, hogy valamelyik oldalára fog esni és amelyik oldalára ráesett, olyanra átnevezzük a többi oldalát is a testnek. Négy bitből összesen 16 kombinációt tudunk létrehozni, hisz minden bit vagy nulla vagy egy. Ezek közül minden esetben csak egyet tudunk felhasználni az információ továbbítására. Négy qubit szuperpozicionális tulajdonságuknak köszönhetően viszont rendelkezhet mindegyikük mind a 16 konfigurációval egyszerre. Még két fontos jelenséggel kell megismerkednünk. A kvantum-összefonódás: ez egy olyan nagyon szoros kapcsolat a qubitok között, melynek hatására ha az egyik megváltozik, a többi is meg fog. Ez arra ad lehetőséget, hogy egy qubit megvizsgálásával a többi tulajdonságát is meg tudjuk mondani. A másik a kvantum kapu. Ez a logikai kapukhoz hasonló szerepet tölt be. A bemeneti szuperpozíciókat változtatja meg, így más lesz az esélye, hogy ’A” vagy „B” kimenetet kapunk. Ezeket a tulajdonságokat megfelelően kihasználva egy adott rendszer az összes általa lehetséges számítást egyszerre tudja elvégezni, nem pedig egymás után.
Itthoni számítógépeinket nem fogjuk lecserélni kvantumszámítógépekre, mert a teljesen más működési elv miatt teljesen más a felhasználási területük, viszont ezeken a területeken a bitek alapján dolgozó rokonaikat megszégyenítve dolgoznak. Ilyen például egy adatközponti keresés. Ha egy bit-alapú számítógép 100 időegység alatt találná meg az adatot, akkor egy qubit-alapú rendszer négyzetgyök 100 egység alatt fogja megtalálni, ami nagy adatbázisok esetén jelentős időt jelent. Másik, egyre feltörekvő használati terület a kvantumfizika-kutatás. Igen, kvantumfizikát kutatunk kvantumfizikával! Fehérjék kutatására használják főleg, jelenleg is több kutatás folyik gyógyszergyártás céljából. Napjainkban még nem tudjuk, hogy csak nagyon speciális számítógépekről, vagy egy korszakújító szerkezetről beszélünk, mert a technológia határairól ötletünk sincsen, de az biztos, hogy fogunk még hallani ezekről az eszközökről.