Решение любой задачи на классическом компьютере сводится к выполнению цепочки элементарных логических операций с битами. Последовательность этих операций и их количество определяются конкретным типом задачи и заложены в программе. Универсальный квантовый компьютер должен уметь работать с квантовыми битами (кубитами). При этом опять же произвольную сколь угодно сложную операцию с многокубитной системой можно свести к двум элементарным:

1. “повороту” вектора состояния одного кубита
2. изменению состояния произвольной пары перепутанных кубитов.

Такие элементарные операции с кубитами (или определенными парами кубитов) выполняются многократно – в соответствии с заложенной в квантовый компьютер программой. До настоящего времени было предложено несколько вариантов осуществления однокубитных и двухкубитных операций с различными физическими носителями кубитов, но каждый из них предназначался для решения той или иной конкретной задачи, которой соответствует своя специфическая “программа”. Поэтому такие “квантовые процессоры” не являются универсальными, или, другими словами, их нельзя назвать программируемыми.

В статье (в свободном доступе на сайте arxiv.org) сотрудников отделения National Institute of Standards and Technology в г. Боулдер (США) впервые продемонстрирован квантовый процессор, способный выполнять все возможные унитарные операции с парой кубитов (ядерных спинов ионов ⁹Be⁺ в линейной магнитной ловушке). Его “программирование” осуществляется путем задания величин 15 классических входных параметров с использованием резонансных лазерных импульсов, а однокубитные и двухкубитные операции выполняются посредством, соответственно, рабиевских осцилляций и стимулированных рамановских переходов. Большое время сохранения когерентности (15 с) и возможность адресного обращения к кубитам делают такие системы весьма перспективными для конструирования реальных многокубитных процессоров. Вот только точность (fidelity) операций оказывается довольно низкой (около 80%), что недостаточно для использования методов коррекции квантовых ошибок. Здесь еще предстоит поработать.