L'ordinateur quantique fonctionne avec une fonction logique en 2 mode XOR et Q01 (ce mode n'existe pas dans les ordinateurs normaux). Celui-ci stocke l'information sous forme de 0 et 1 dans un état de superposition quantique. On nomme cet élément de mémoire qubit et celui- ci vaut à la fois 1 et 0 en même temps.
Prenons le cas d'un ordinateur ordinaire avec un registre de 2 bit, il ne peut stocker qu'une seule des
quatre configurations binaire (00, 01, 10, 11) à un moment donné, alors que l’ordinateur quantique disposant
d'un registre de deux qubit peut, quant à lui, stocker les quatre combinaisons simultanément.
Si le nombre de qubit augmente, la capacité est augmentée exponentiellement. Par conséquent le
nombre de calculs qu'un ordinateur quantique peut exécuter en une étape est 2^n
, n étant le nombre de qubit
utilisés. Un ordinateur composé de 500 qubit aura le potentiel de faire 2^500 calculs en une seule étape. Pour
mettre ce nombre en perspective, 2500 est infiniment plus grand que le nombre d'atome dans l'univers.
Soulignons une différence majeure entre les deux ordinateurs, quantique et classique. Dans le cas de l'ordinateur quantique, il s’agit de calcul en parallèle puisqu’un processeur exécute de multiples calculs en même temps ; tandis qu’avec l’ordinateur ordinaire, plusieurs processeurs sont liés ensemble pour que chacun des processeurs exécute un calcul.
Le mécanisme physique à l'intérieur de l'ordinateur est en général simplifié par l'utilisation de la
multi-world interprétation selon laquelle l'ordinateur exécute des calculs non seulement dans notre univers
mais aussi dans d'autres simultanément pendant que les qubit sont dans un état de décohérence. Cette
décohérence quantique est le procédé de physique quantique par lequel une superposition de multiples
possibilités devient une possibilité spécifique observable.
Les deux aspects de la physique quantique les plus pertinents pour ce système sont la superposition
et l'intrication.
- L'intrication permet à des qubit qui sont séparés par une distance d'interagir entre eux instantanément (ils
ne sont pas limités par la vitesse de la lumière). Quelle que soit la distance entre les particules corrélées, les
qubit demeurent intriqués du moment qu'ils sont isolés.
- La superposition dicte que le bit en question se comporte comme un 0 et un 1 en même temps.
En combinant ces deux éléments on obtient un ordinateur extrêmement puissant.