هر جزء یا بیت اطلاعات در رایانه های معمولی بر روی انبوهی از اتم ها در ریزتراشه های سیلیکونی ذخیره می شود ولی در رایانه های کوانتومی، نقش بیت های اطلاعاتی را بخشی از یک اتم مانند الکترون ها یا هسته آن بازی می کنند.

وظیفه بررسی خواص ماده در مقیاس اتم و کوچک تر از آن بر عهده فیزیک کوانتوم است بنابراین به هر کدام از این بیت های جدید یک بیت کوانتومی یا به اختصار کیوبیت می گوییم.

تفاوت کیوبیت ها با بیت ها در این است که یک بیت در یک لحظه فقط می تواند صفر یا یک باشد ولی یک کیوبیت به طور همزمان می تواند مقدار صفر، یک، یا هر عددی بین صفر و یک داشته باشد.

با این روش می توان با در اختیار داشتن فقط300 اتم فسفر، کیوبیت هایی به تعداد همه ذرات بنیادین عالم در اختیار داشت.

اتم ها به قدری کوچک هستند که نقطه پایان این جمله از حدود صد میلیارد اتم کربن تشکیل می شود.

اگر بخواهید با چشم غیرمسلح، هسته یکی از این اتم ها را ببینید باید این نقطه را با همین تعداد اتم به اندازه قطر کره زمین از قطب شمال تا جنوب گسترش دهید و اگر بخواهید یک الکترون را ببینید باید قطر همان نقطه را تا صد برابر قطر خورشید افزایش دهید ولی دانشمندان چگونه می توانند اطلاعات را بر روی هسته اتم یا الکترون های آن ثبت کنند؟

برای انجام این کار آنها باید یکی از ویژگی های ذرات بنیادین به نام اسپین که می تواند رو به بالا یا پایین باشد دستکاری و کنترل کرد. جهت اسپین ها کلید اصلی ساخت رایانه کوانتومی است.

روش کار به این صورت است که یک اتم فسفر درون یک نانو ساختار سیلیکونی قرار می گیرد و تا دمای صفر مطلق سرد می شود سپس با تاباندن لیزر، اسپین یک الکترون را تغییر می دهد.

برای ساخت رایانه کوانتومی باید اسپین الکترون را کنترل کرد و آن را به سمت بالا یا پایین قرار داد.

تحقیقات بسیاری در مورد چگونگی کنترل اسپین انجام شده که هیچ یک به تنهایی انتظارات دانشمندان را برآورده نکرده است.

محققان استرالیایی امیدوارند بتوانند با ترکیب یافته های قبلی به روش مطلوب دسترسی پیدا کنند.

پس از آن نوبت یافتن روشی برای بازخوانی اطلاعات می رسد. محققان استرالیایی توانستند با ترکیب دو روش موجود برای خواندن اسپین یعنی روش الکتریکی و روش اپتیکی، شگفتی دانشمندان را برانگیزند؛ چراکه این دو روش به هیچ وجه با یکدیگر همخوانی ندارد.

آنها اتم ها را به صورت اپتیکی یونیده و سپس از روش الکتریکی برای بازخوانی اطلاعات استفاده می کنند.

در رایانه های کوانتومی جدید فقط از بیت های جامد شبیه ریزتراشه های امروزی استفاده نمی شود بلکه این رایانه ها ترکیبی از کیوبیت های حالت جامد و کیوبیت های اپتیکی را همزمان به کار می گیرند.

استفاده از کیوبیت های اپتیکی هم مانند فیبرهای نوری سرعت انجام محاسبات و انتقال اطلاعات را افزایش می دهد.

چشم انداز آینده مسیری که دانشمندان بیش از یک دهه پیش قدم در آن گذاشتند رایانه های کوانتومی و شبکه اینترنتی کوانتومی فوق سریع است.

به نظر می رسد از زمانی که ارسطو اعتقاد به وجود اتم را غیر قابل قبول می دانست تا امروز که هسته اتم را برای ثبت اطلاعات انتخاب کرده ایم راه دور و درازی را پیموده ایم.

هنوز هم دشواری های فراوانی در راه ساخت رایانه های کوانتومی وجود دارد و دانشمندان احتمال تحقق کامل این هدف را تا 10 سال آینده بسیار اندک می دانند ولی مهم این است که امروز پیشرفت های به دست آمده صورت سوال را از «آیا می توان چنین رایانه هایی ساخت یا خیر؟» به «چگونه می توان بر موانع باقیمانده غلبه کرد؟» تغییر داده است.