Komputery kwantowe różnią się fizycznym sposobem implementacji kubitów czyli elementarnych jednostek obliczeniowych w systemie oraz samym sposobem przeprowadzania obliczeń.
Z szerszego punktu widzenia implementacje komputerów kwantowych dzielimy na 3 główne grupy:
– systemy, gdzie kubity są implementowane w nadprzewodzących układach scalonych,
– systemy fotoniczne oparte na przetwarzaniu pojedynczych i splątanych fotonów,
– systemy oparte na manipulowaniu układami atomowymi (pułapki jonowe, centra NV, neutralne atomy).
Aktualnie prowadzone są prace nad technologiami implementacji kubitów opartych na:
- Systemach optycznych, gdzie kubitami są pojedyncze fotony. System taki składa się ze źródeł oraz detektorów pojedynczych fotonów (np. ORCA Computing). Tego typu dwa systemy komputerów kwantowych zostały zintegrowane z klasycznym systemem obliczeniowym i od grudnia 2023 roku udostępniane są użytkownikom w PCSS;
- Nadprzewodzących układach scalonych (np. IBM Quantum, IQM), gdzie kubity są implementowane na specjalnym układzie scalonym. Taki system został zainstalowany na Politechnice Wrocławskiej w maju 2025 roku;
- Pułapkach jonowych (np. AQT), gdzie kubity są zaimplementowane jako pojedyncze jony (np. Ca40+) spułapkowane oraz przetwarzane za pomocą sygnałów optycznych. Taki system będzie zainstalowany w PCSS w czerwcu 2025 roku, jako element europejskiej infrastruktury komputerów kwantowych EuroHPC;
- Wyżarzaczach kwantowych, jako specjalizowanych komputerach kwantowych zaprojektowanych do rozwiązywania problemów optymalizacyjnych (np. D-Wave);
- Zimnych atomach, gdzie kubitami są chmury zimnych, obojętnych atomów;
- Centrach NV w diamentach, gdzie pojedyncze kubity są implementowane jako tzw. centra NV w zmodyfikowanej sieci krystalicznej diamentu;
- Systemach nadprzewodzących opartych na układach scalonych z kropkami kwantowymi, gdzie kubity są implementowane jako tzw. kropki kwantowe w krzemowym układzie scalonym działającym w stanie nadprzewodnictwa;
- Systemach topologicznych, gdzie kubity są implementowane w tzw. stanie topologicznym – eksperymentalna technologia na wczesnym etapie rozwoju.
Powyższa analiza pokazuje, że na świecie rozwijane są różne zaawansowane technologie fizycznej implementacji kubitów. Każda z tych technologii ma swoje zalety oraz wady i w pewnym stopniu wzajemnie się uzupełnia. Komisja Europejska inwestuje oraz wspiera rozwój wszystkich tych technologii.
Krzysztof Kurowski, Piotr Rydlichowski