(Heil Gershenfeld, Isaak L. Chuang) ${}^1$
Воспользовавшись ядерным магнитным резонансом, ученые могут заставить молекулы в некоторых самых обычных жидкостях служить в качестве экстраординарного типа компьютера.

Факторизация чисел с 400 знаками — вычислительное искусство, необходимое, чтобы взламывать некоторые секретные коды, — заняла бы даже на самом быстром из существующих суперкомпьютеров биллионы лет. Но недавно задуманный тип компьютеров, который использует квантово-механическое взаимодействие, может выполнить задачу за год и, значит, посредством этого, разрушить многие из наиболее искушенных шифровальных схем, которые широко используются. Секретные данные пока в безопасности, потому что еще никто не смог построить практический квантовый компьютер. Но исследователи уже сейчас продемонстрировали возможность приблизиться к этому. Такой компьютер выглядел бы никак не иначе как машина, которая стоит на вашем столе; удивительно, но она могла бы быть похожа со стороны на чашку кофе.

Мы и некоторые другие исследовательские группы полагаем, что квантовые компьютеры, основанные на молекулах в жидкости, смогут однажды преодолеть многие из ограничений, с которыми столкнулись обычные компьютеры. Препятствия на пути улучшения традиционных компьютеров будут в конце концов возникать из ограничений для классической физики на миниатюризацию (например, потому что транзисторы и электронные проволочки не могут быть сделаны тоньше размеров атома). Или они могут возникнуть по практическим причинам более вероятно потому, что оборудование для изготовления все более
${}^1$ (C) Scientific American, 1998.
Перевод О. Д. Тимофеевской.

мощных микрочипов будет становиться баснословно дорогим. Однако, магия квантовой механики может решить обе эти проблемы.

Преимущество квантовых компьютеров возникает из способа кодировки бита, фундаментальной единицы информации. Состояние бита в классической цифровой вычислительной машине задается одной цифрой 0 или 1. $N$-битное бинарное слово в типичном компьютере соответственно описывается строкой из $n$ нулей и единиц. Квантовый бит, называемый кубитом, мог бы быть представлен атомом в одном из двух различных состояний, которые также можно обозначать как 0 или 1. Два кубита, также как два классических бита, имеют четыре хорошо определенных состояния ( 0 и 0,0 и 1,1 и 0,1 и 1 ).

Но, в отличие от классических битов, кубиты могут существовать одновременно в состояниях 0 и 1 с вероятностью для каждого состояния, заданной числовым коэффициентом. Описание двукубитного квантового компьютера, таким образом, потребует четырех коэффициентов. В общем, $n$ кубитов требуют $2^n$ чисел, что быстро становится множеством значительных размеров для больших значений $n$. Например, если $n$ равно 50 , около ${10}^{15}$ чисел потребуется, чтобы описать все возможные состояния квантовой машины — число, которое превышает способности самого большого обычного компьютера. Квантовый компьютер обещает безмерную мощность, потому что он может находиться во множестве состояний одновременно — явление, называемое суперпозицией, — и потому что он может действовать на все свои возможные состояния одновременно. Таким образом, квантовый компьютер мог бы выполнять несметное число операций параллельно, используя только единственный процессор.