Вычислительные элементы таких компьютеров — кубиты — построены на основе квантовых объектов: ионов, охлаждённых атомов или фотонов, способных находиться в суперпозиции нескольких состояний. Это позволяет квантовым компьютерам одновременно, за один такт, делать сразу множество вычислений. Квантовые компьютеры смогут справляться с задачами, для решения которых классическим компьютерам потребовались бы миллиарды лет. Например, с их помощью можно моделировать поведение сложных квантовых систем, создавать сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, моделировать работу мозга и нервной системы.
Возможности квантовых компьютеров зависят от числа кубитов. Уже несколько десятков кубитов могут дать такой выигрыш в вычислительной мощности, который недостижим для классических компьютеров. Сегодня квантовая лаборатория корпорации Google под руководством Джона Мартиниса планирует эксперименты на компьютере с 49 кубитами, IBM уже проводит эксперименты с 17-кубитным устройством. Создание 51-кубитного компьютера — гигантский шаг вперёд в этой области.
Как сообщил Лукин, выступая на конференции ICQT, он и его коллеги использовали кубиты на основе холодных атомов, которые удерживались оптическими "пинцетами" — специальным образом организованными лазерными лучами. Большинство современных квантовых компьютеров использует сверхпроводящие кубиты на основе контактов Джозефсона.
Лукину и его коллегам удалось решить с помощью своего квантового вычислителя задачу моделирования поведения множества связанных частиц, которая была практически нерешаема с помощью классических компьютеров. Более того, в результате им удалось предсказать несколько ранее неизвестных эффектов. Например, оказалось, что при затухании возбуждения в системе могут остаться и удерживаться фактически бесконечно некоторые типы колебаний — осцилляций.
