Kvantni računari funkcionalno koriste kvantna svojstva mikročestica. Kod klasičnih računara informacija se bazično predstavlja u obliku bitova (0 i 1) gde jedna informacija u jednom trenutku može biti ili 0 ili 1. Kod kvantnih kompjutera osnovne jedinice operacije su kjubiti (qbit), koji koriste kvantni fenomen superpozicije i druga kvantna svojstva za operaciju nad informacijama. To znači da kjubit može imati više stanja nule i jedinice (0, 1, 01, 00, 10, 11), jer svaki od tih stanja se može nalaziti u superpoziciji, što kjubitu daje multidimenzionalnost. Zanimljivo kod kvantnog bita je zapravo to da on može imati moguće stanje (0, 1, 01, 00, 10, 11) samo i isključivo samo ukoliko ga ne posmatramo. Onog trenutka kada ga počnemo posmatrati on se transformiše u stanje običnog bita, gde mu je moguće stanje samo nula ili jedinica. To znači da se kvantni pororačuni odvijaju izvan naše percepcije, a onog trenutka kada se i mi uključimo u zahtevanje te informacije koju je kvantni računar obradio, mi zapravo dobijamo samo običan bit kao output. Po nekom mišljenju, ovo se dešava izmeđuostalog i zato što ljudski mozak i telo nisu spremni ili naviknuti na stanje superpozicije čestice. Za ovaj fenomen može se razumljivo reći da je u pitanju stidljivost samog kjubita.

Veoma bitna odlika kvantnog računara je osobina elektrona koja se naziva spin. Spin je osobina elektorna koja omogućava da se isti vrti oko svoje ose. To kjubitu daje multidimenzionalnost kada se čestica nađe u superpoziciji. Prema binarnoj logici određena su dva stanja, tačnije smera spina i to suprotna, gde je jedan nula a drugi jedinica. Uz pomoć spina možemo kreirati kompjutersku memoriju.

Kvantni računar koj ima 500 kjubita može imati 2 na 500 stanja istovremeno (n qbit – 2 na n stanja).

Mogućnosti ovih računara su prevelike i najsloženije matematičke probleme mogu rešiti mnogo brzo. Neuporedivo brže od klasičnih računara. Jedan od primera je Šorov kvantni algoritam koj je možda i najbrži način za faktorisanje brojeva i on bi bez ikakvih problema razbio svaku RSA šifru koja je danas u upotrebi. Otprilike, kvantni računar bi razotkrio sve tajne ovoga sveta za samo dvadeset minuta.

Primer faktorisanja brojeva:

Faktorisanje je u matematici razlaganje nekog objekta (broja, polinoma ili matrice) u produkt nekih drugih objekata, ili faktora, koji kada se međusobno pomnože daju originalni broj. Primer gde je prvi kvantni računar fatktorisao broj 15 u oblik 3 x 5 i to je bio prvi zadatak koji je jedan kvantni računar u istoriji uradio. Za kompleksne operacije i proračune sa faktorisanjem, tamo gde bi klasičnom računaru trebalo previše svetlosnih godina, kvantni računari će biti produktivni u samo 20 minuta.

Klasični računari imaju operacije koje u realnim uslovima svaki broj u množenju sa svakim postavljaju kao pojedinačne operacije i za izračunavanje mnogo operacija, potrebno je mnogo procedura, a samim tim i velika procesorska moć. Uzimajući u obzir da je silicijum ograničena materija svojim hemijskim sastavom, taj matetrijal već ulazi u svoju crvenu zonu i prosto ne može da izađe na kraj sa složenom matematikom. Taj problem rešava kvantni računar. Dakle, kod običnog računara operacije se dešavaju standardnim procedurama, dok kvantni računar istu operaciju rešava iz superpozicije. Kako to ? Uzećemo brojeve 1, 2, 3, 4, 5 i broj 7 kao množilac. Klasični računar radi sledeće: 1 x 7, 2 x 7, 3 x 7, 4 x 7, 5 x 7 i to je njegovo moguće stanje. Kvantni računar uzima svih 5 bojeva u niz (stavlja ih u superpoziciju kjubita) i u istom trenutku ih sve množi sa 7. Kod ovako prostih operacija to deluje jednostavno, ali šta je on zapravo uradio ? Ubrzao je procesorsko vreme, samim tim u ovom slučaju ubrzao operaciju 5 puta. Kada su u pitanju složeniji zadaci tipa: 1, 2, 3, 4, 5 i množioci 2, 3, 4, 5, 6, klasični računar će opet krenuti redom proceduralno i opet će mu trebati vreme, dok će kvantni računar staviti prve brojeve u jedan apstraktni niz, ali će isto i uraditi sa drugim brojevima (i od njih će napraviti apstraktni niz) i umesto računanja prvog niza sa svakim pojedinačno, on će superpozicijom drugog niza odrediti zajednički indeks koj će zapravo biti kvantno moguće stanje i dozvoliće prvom nizu da se pomnoži sa drugim i faktički će u jednoj operaciji odraditi mnogo kompleksu operaciju koju bi bit proceduralno rešavao. Ovo nam govori da će kvantni bit zapravo rešavati svaku našu zamisao u apstraktnom smislu dok god ga mi ne posmatramo. Onog trenutka kada počnemo da ga posmatramo, output će biti ili nula ili jedinica kao konačna vrednost.

Možda ovo nije najjasnije kada razumete kako funkcioniše klasična fizika i ne dozvoljavate kvantnoj fizici da ona zapravo postane postulat, ali probaćemo da pojasnimo šta se tu zapravo dešava.

Moguće stanje kvantnog bita je definisano spinovima, superpozicijom i mešanjem kjubita. Imamo spin (gore, dole) – smer. Imamo superpoziciju (0, 1, 0, 01, 00, 10, 11) i imamo mešanje (gore 1, 0, 01, 00, 10, 11) (i) (dole, 1, 0, 01, 00, 10, 11). Ovo je najprostija postavka kjubita. Sad sve ovo što vidite uzmite i promešajte u svim mogućim smerovima i dimenzijama i dobićete kvantni bit u superpoziciji kao rezultat. Ono što se desilo je to da kvantni bit može biti bilo koja vrednost koja postoji u prostoru i vremenu (kao moguće stanje). Ovo znači da su pravila kvantne fizike jako nestabilna jer je u stanju superpozicije jedne čestice narušen bilo koj princip termodinamike (Prvi termodinamički zakon o održanju energije – kao primer). Primer, teorijski bar za sada, ali tačna postavka je Maksvelov demon, gde postoje dve posude u jednoj posudi a između njih neka pregrada i u sredini vrata. I imamo demona koj ta vrata otvara i zatvara. Pošto principi termodinamike funkcionišu u autonomnom stanju, demon narušava tu autonomiju i više nema šta da se opovrgava niti da se narušava postulat termodinamike. Ali uzmimo za primer da možemo hipotetički automatizovati taj proces otvaranja i zatvaranja vrata i ostaviti posudu u autonomnom stanju. U te dve posude imamo neke čestice, jedne su brže (imaju veću temperaturu) a druge su sporije (imaju manju temperaturu), a pošto demon stoji sa strane van autonomije same posude, on zapisuje brzinu svake čestice. Sve brže čestice iz jedne posude (gde su sporije čestice) premešta u posudu gde su brže čestice, a sporije čestice (gde su brže čestice) premešta u posudu gde su sporije čestice. Time se dobija veća temperatura u posudi gde su brže čestice a tamo gde su sporije čestice, dobija se još manja temperatura. Ovim postupkom smo narušili prvi zakon termodinamike jer takav zakon govori da telo koje ima manju temperaturu ako se nađe pored tela koje ima veću temperaturu, između njih će doći do razmene energije (Toplije će grejati hladnije). U ovom slučaju dešava se paradoks Maksvelovog demona.

Ovaj primer smo naveli samo kao primer da kvantna fizika ruši sve moguće zakone klasične fizike i svojim delovanjem ona je zapravo jedan paradoks u svakom smsilu te reči. Idemo korak dalje. Uzećemo primer kofe sa dve boje peska, žutim peskom i sivim peskom. Uzećemo lopaticu i mešati pesak. Onog trenutka kada pesak promešamo, ne postoji reversabilni proces da sve to vrati kako je bilo. Sada ćemo se opet vratiti na Maksvelovog demona i videti kako je moguće prkositi ireversibilnosti, tj kako možemo izvesti reversibilni proces (bar teorijski). Ova teorija nam govori, ukoliko je tačna, da kvantna fizika ima moć reversibilnosti, što bi moglo da reši dekripciju najsloženijih kripto algoritama. Dakle, imamo i dalje posudu sa pregradom na sredini i mala vratanca koja dele tu posudu na dva dela. Rekli smo da imamo brže i sporije čestice i da imamo demona sa strane koj posmatra i dodeljuje vrednosti i pomera čestice sa jedne na drugu stranu i obrnuto. Želimo da stvorimo reversibilni proces. Daćemo demonu svesku i olovku. Gumicu neće moći da koristi. Uslov je da zapisuje svaku vrednost svake čestice u tu svesku i da mu se olovka ne potroši, ali i da sveska ima beskonačno strana. Krenuo bi redom da zapisuje vrednosti čestice i po brzini da menja pozicije te čestice (premeštanje iz jednog dela posude u drugi i obrnuto). Ako bi koristio gumicu i obrisao samo jednu vredonst brzine čestice, razbio bi mogućnost da se sve vrati kako je bilo (proces bi bio ireversibilan), ali teorisjki ako bi sve zapisao i uradio kako treba i prkosio zakonu termodinamike, a želeo da vrati sve kako je bilo, da se sve vrati u autonomno stanje ali i da se vrati termodinamički zakon, on bi morao po svesci da svaku česticu redom vrati na svoje mesto i da nastavi sa posmatranjem. Kao rezltat, dobio bi reversibilni proces u pospunosti i tu je zapravo moć kvante fizike.

Zaključak. Super kvantni kompjuteri bi mogli za kratko vreme da razbiju svaku moguću tajnu na svetu (sve TOP SECRET oznake bi postale javne – PUBLIC) jer bi svaki asimetrični, ali i simetrični algoritam bio razbijen za mnogo kratko vreme i sve oznake pod velom tajne bi bile razokrivene. To bi bio veliki napredak za čovečanstvo. FULLSTOP.