За последние десять-два десятилетия было много ажиотажа по поводу квантовых компьютеров, но есть ряд проблем, которые необходимо решить, прежде чем они станут практичными.
Некоторые из них - «просто» инженерные проблемы, например, сокращение размера от 6-кубитовых систем размером с комнату до чего-то более похожего на плотность интегральной схемы. Или придумайте, как предотвратить скремблирование системы тепловым шумом, не требуя от клиента держать под рукой большие запасы жидкого азота (или гелия!).
С другой стороны, существуют некоторые более фундаментальные проблемы при создании квантовых компьютеров с большим количеством кубитов.
Основным среди них является исправление ошибок. Часть присущей природе запутанных систем, используемых для квантовых вычислений, заключается в том, что они могут самопроизвольно терять «согласованность». Были достигнуты большие успехи в увеличении запутанного срока службы, но вы все еще очень ограничены в количестве операций, которые вы можете выполнять надежно.
Были разработаны некоторые методы исправления ошибок в квантовых вычислениях, но в последней статье, которую я читал о квантовом EC, указывалось, что количество требуемых исправляющих ошибки кубитов возрастает более или менее логарифмически с количеством активных кубитов. Обратите внимание, что начальный постоянный коэффициент может быть довольно большим - для представления одного логического кубита может потребоваться 5 физических кубитов.
В какой-то степени (еще неизвестно, насколько) этот рост в размерах уменьшит экспоненциальное преимущество в скорости, которое должно иметь квантовое вычисление по сравнению с обычными вычислениями.
Хорошо, сегодня вы можете получить 6-битную систему, которая слишком мала, чтобы справляться с "интересными" проблемами. Что-то вроде факторинга числа из 2048 цифр потребует систем с миллионами или миллиардами кубитов. Конечно, вы получите ответ «мгновенно», но нет четкого пути приблизиться к этому уровню производительности, используя современные методы. Простая загрузка проблемы в систему, вероятно, превысила бы время жизни когерентности.
О, чтобы ответить на другие ваши вопросы:
Я думаю, что большинство людей работают с квантовыми системами хранения с одной парой состояний. В принципе, большинство этих систем может хранить несколько непересекающихся состояний на единицу хранения, но я думаю, что гораздо больше усилий будет приложено для обеспечения надежной работы оборудования, а не для максимизации эффективности.
Квантовые алгоритмы такие же странные, как и квантовая физика. Вместо того, чтобы пытаться объяснить, как они работают, вот статья об алгоритме Шора для факторизации целых чисел.
http://en.wikipedia.org/wiki/Shor's_algorithm
А вот ссылка на проблему исправления ошибок:
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_error_correction