تا کنون حجم عظیم قدرت پردازش کامپیوترها و ابر کامپیوتر های ساخته شده توسط سازندگان نتوانسته است تا از نیاز وعطش ما به سرعت و قدرت پردازش بکاهد...

در سال 1947 "هاوارد آیکن" مهندس کامپیوتر امریکایی گفت که تنها 6 کامپیوتر دیجیتال میتواند کل نیاز محاسبات ایالات متحده را تامین کند...! کسانی نیز پیشگویی های مشابه دیگری در این زمینه ارائه کردند. البته آیکن حجم عظیم اطلاعات به دست آمده از پژوهش های علمی تکثیر و ازدیاد کامپیوترهای شخصی با پیدایش اینترنت را حساب نکرده بود ! عواملی که نیاز ما را همواره به قدرت بیشتر و بیشتر کامپیوتر افزایش می دهد ... آیا زمانی به مقدار قدرت محاسبه ای که نیاز داریم دست خواهیم یافت ؟! بر طبق قانون مور تعداد ترانزیستورهای یک پردازنده در هر 18 ماه دو برابر می شود سال 2020 یا 2030 مدارهایی را در یک ریز پردازنده خواهید یافت که در مقایس اتمی اندازه گیری می شوند و قدم بعدی ساخت کامپیوترهای کوانتومی خواهد بود که قدرت اتم ها و مولکول ها را برای حافظه و پردازش به کار می گیرند. کامپیوترهای کوانتومی به طور بالقوه توانایی انجام محاسبات را سریع تر از هر کامپیوتر سیلیکونی امروزی دارا هستند. دانشمندان تا به حال موفق به ساخت کامپیوترهای کوانتومی ابتدایی و اساسی شدند که توانایی انجام محاسبات خاص را دارا هستند ولی هنوز یک کامپیوتر کاربردی کوانتومی چند سالی از ما فاصله دارد. برای پی بردن به منشا کامپیوترهای کوانتومی نیاز نیست که به گذشته خیلی دور برگردیم. نظریه ی این کامپیوترها در حدود 30 سال پیش در قرن 20 میلادی در بین کامپیوترهای سیلیکونی به وسیله ی فیزیک دانی از آزمایشگاه ملی آرگان ارائه شد.  “پاول بنیف” ( paul benioff ) برای ارائه ی اولین نظریه ی کامپیوترهای کوانتومی در سال 1981 مطرح شد. وی نظریه ی ساخت یک ماشین تورینگ کوانتومی را ارائه کرد. ( ماشین تورینگ turing machine یک ماشین فرضیه ای است که می تواند یک عمل ساده ورودی – خروجی را برای محاسبات ریاضی انجام دهد ). اکثر کامپییوترها دیجیتال مانند آن که شما اکنون استفاده می کنید بر اساس نظریه ی تورینگ بناشده اند. در زیر با این اصطلاح آشنا می شویم.

ماشین تورینگ ( یا ماشین تیورینگ ) که به وسیله ی “آلن تیورینگ” در دهه 30 میلادی ( 1930 ) ارائه شد یک ماشین نظری است متشکل از نوعی رشته های نا محدود که در مربع های کوچک تقسیم شده است هر مربع می تواند نماد 1 یا 0 را برگیرد یا خالی باشد. یک وسیله ی خواندن / نوشتن این نمادها و جای خالی ها را می خواند و دستور العمل های اجرایی یک برنامه را ارائه می کند. در یک ماشین تیورینگ کوانتومی تفاوت این است که این رشته ها در یک حالت کوانتومی وجود دارند. همانگونه یک وسیله ی خواندن / نوشتن این گونه است. بدین معنی که نمادها در رشته ( نوار ) می توانند 0 ، 1 یا انطباقی ار 0 و 1 باشند. به عبارت دیگر نمادها در آن واحد 0 و هم 1 هستند. در حالی که یک ماشین تیورینگ معمولی فقط می تواند یک محاسبه را در یک زمان انجام دهد ، ماشین تیورینگ کوانتومی می تواند چندین محاسبه را همزمان انجام دهد.

کامپیوترهای امروزی ، همانند یک ماشین تیورینگ ، با دستکاری بیت هایی که در یکی از دو حالت 0 یا 1 قرار دارند ، کار می کنند. کامپیوترهای کوانتومی محدود به دو حالت نیستند. آن ها اطلاعات را به صورت بیت های کوانتومی یا qubit  رمز گذاری می کنند. qubit ها نمایان گر اتم ها ، یون ها ، پروتون ها یا الکترون ها هستند و وسائل کنترل مربوطه آن ها به صورت جمعی به عنوان حافظه ی سیستم یا پردازنده عمل می کند.

به خاطر اینکه یک کامپیوتر کوانتومی می تواند همزمان شامل این حالت ها ی چند گانه باشد؛ پتانسیل داشتن قدرت محاسباتی چندین برابر کامپیوترهای امروزی را دارا می باشد . شاید میلیون ها بار قوی تر...

این " انطباق" بیت های کوانتومی چیزی است که به کامپیوترهای کوانتومی خاصیت " موازی کاری ذاتی " شان را می دهد . بر طبق فیزیکدان " دیوید دویچ " ، این موازات ( موازی کاری ) به کامپیوتر کوانتومی اجازه می دهد که همزمان بر روی یک میلیون محاسبه کار کند. یک کامپیوتر کوانتومی 30 کوبیتی قدرت پردازشی معادل یک کامپوتر 10 ترا فلاپی دارد. ( 10 تریلیون محاسبه در ثانیه ) . اکثر کامپیوترهای دسکتاب امروزی توان محاسباتی در حد گیگا فلاپ دارند. کامپیوترهای کوانتومی همچنین از بعد دیگری از ماشین های کوانتومی به نام " حصار " (entanglement  ) استفاده می کنند یک مشکل همراه با ایده ی این گونه کامپیوترها این است که اگر شما سعی کنید که به اجزا و ذرات زیر اتمی نگاه کنید می توانید بر روی آن ها کار کنید و ارزش (مقدار) آن ها را تغییردهید. اگر به یک بیت کوانتومی در حالت انطباق برای تعیین ارزش آ نگاه کنید ، بیت یک مقدار – یا صفر یا یک را به خود می گیرد، نه هر دو را . برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی کابردی ، دانشمندان باید راه هایی را برای ایجاد سنجش غیر مستقیم برای حفظ درستی و صحت سیستم ابداع کنند." حصار " یک راه حل کاربردی را ارائه می دهد، در فیزیک کوانتوم ، اگر شما یک نیروی خارجی را به دو اتم اعمال کنید . آن می تواند باعث شود که اتم ها به حالت محصور شده تبدیل شوند، و اتم دوم می تواند خدامی  مشخصات اتم اول را بگیرد. پس اگر تنها رها شود، یک اتم می تواند در تمام جهت ها بچرخد.زمانی که اتم می خواهد یک طرف گردش را انتخاب کند ( یک مقدار را انتخاب می کند ) در همان زمان اتم محصور شده دوم طرف گردش مخالف را انتخاب می کند . ( مقدار مخالف را انتخاب می کند ) این به دانشمندان اجازه می دهد تا بدون مشاهده ی مستقیم بیت ها ، مقدار آن ها را بدانند.کامپیوترهای کوانتومی می توانند روزی جایگزین تراشه های سیلیکونی شوند، مانند ترانزیستورها که زمانی جایگزین لامپ های خلا شدند. اما هنوز تکنولوژی توسعه و ساخت چنین کامپیوترهایی با ما فاصله دارند. اکثر تحقیقات و پژوهش ها در این زمینه نیز در حد نظری و مقدماتی بوده اند...پیشرفته ترین کامپیوترهایی که تا سال 2007 ارائه شده بودند نهایتا به 16 کوبیتی می رسیدند، به این معنی که هنوز مناسب کاربردهای عملی نیستند. ولی این نیز منکر پتانسیل این گونه کامپیوترها در پردازش سریع و آسان محاسبات نیست که در کامپیوترهای امروزی بسیار وقت گیرهستند. پیشرفت های بسیاری در این زمینه در طی چند سال اخیر حاصل شده است، کمپانی D- wave ،محققان MIT   ، دانشمندان آزمایشگاه پیشران جت و مهندسان IBM  بخشی از کسانی هستند که در این زمینه فعالیت می کنند.اما فناوری محاسبات کوانتومی هنوز در مراحل ابتدایی توسعه قرار دارد و خیلی از دانشمندان کامپیوتر براین باور هستند که فناوری ارائه ی کامپیوترهای کاربردی و عملی هنوز با ما فاصله دارند.