Computerele convenționale utilizează electricitate pentru a opera cipurile de siliciu. În cadrul acestora, sunt trimise cantități mici de curent electric, reprezentând semnale logice adevărate și false, sau numere binare (unu și zero). Din acest motiv, toate elementele de hardware ale unui computer convențional se bazează pe operații logice cu cifre binare (biți).
Cu toate acestea, computerele cuantice manipulează elemente cuantice individuale, precum electroni sau fotoni, care, în acest context, se numesc qubiți.
Proprietățile cuantice ciudate ale acestor particule minuscule fac din computerele cuantice instrumente foarte performante. De exemplu, datorită „rotației” lor, electronii pot fi orientați în sus sau în jos, iar fotonii pot fi orientați vertical sau orizontal în același timp.
Această „suprapunere cuantică” înseamnă faptul că un qubit se află în ambele stări în același timp. Acest lucru este valabil până când sistemul interacționează cu un factor extern, care va determina blocarea într-o anumită stare. Orice vibrație sau perturbare din apropiere poate provoca aceste schimbări.
Pentru a preveni o astfel de coerență cuantică, oamenii de știință încearcă să prezerve stările fragile de suprapunere ale qubiților în camerele vidate și în frigiderele în care temperatura este mai mică decât cea a spațiului cosmic. De asemenea, qubiții se bazează pe o proprietate ciudată, cunoscută sub numele de interconectare, aceasta fiind proprietatea unei particule de a se lega cu o alta.
Dacă există două particule interconectate, care au o viteză de rotație zero, iar starea unei particule se modifică astfel încât aceasta va începe să se rotească în sensul acelor de ceasornic, starea celeilalte particule se va modifica în așa fel încât aceasta se va roti în sens invers acelor de ceasornic, chiar dacă cele două particule nu se află una în vecinătatea celeilalte.
Practic, toate aceste lucruri înseamnă că, odată interconectați, qubiții pot fi utilizați pentru a reprezenta un număr mare de numere posibile în același timp. De exemplu, computerul cuantic Google Sycamore avea un total de 53 de qubiți, care puteau reprezenta, în mod simultan, mai mult de 10.000.000.000.000.000 (10 cvadrilioane) de combinații. Aceasta a însemnat faptul că dispozitivul ar fi putut efectua un calcul, care, pe un computer obișnuit, ar fi durat 10.000 de ani, în 200 de secunde.
În teorie, asta înseamnă faptul că un computer cuantic ar putea efectua calcule specializate, care nu pot fi realizate de computerele convenționale (un concept denumit avantaj cuantic sau supremație). Totuși, din cauza condițiilor delicate de stocare, procesoarele cuantice nu sunt încă integrate în dispozitive care ar putea să ajungă comerciale în viitorul apropiat.