Im Bereich des Quantencomputings wird das Äquivalent eines Transistors typischerweise durch verschiedene physikalische Systeme dargestellt, die manipuliert werden können, um Quantenoperationen durchzuführen. Zu diesen Systemen gehören unter anderem supraleitende Schaltkreise, eingefangene Ionen und Halbleiter-Quantenpunkte. Jedes dieser Systeme kann so gesteuert werden, dass es als Quantengatter fungiert, analog zur Funktionsweise von Transistoren in der klassischen Informatik. Diese Quantengatter manipulieren Qubits, die Grundeinheiten der Quanteninformation, um für Quantenalgorithmen erforderliche Operationen auszuführen.
Im Quantencomputing ist das Äquivalent eines klassischen Bits ein Qubit (Quantenbit). Im Gegensatz zu klassischen Bits, die nur in den Zuständen 0 oder 1 existieren können, können Qubits dank der Prinzipien der Quantenmechanik gleichzeitig in Überlagerungen beider Zustände existieren. Diese Eigenschaft ermöglicht es Quantencomputern, parallele Berechnungen durchzuführen und bestimmte Probleme möglicherweise viel schneller zu lösen als klassische Computer.
Ein Quantentransistor ist ein hypothetisches Gerät, das die Funktionen eines klassischen Transistors in einem Quantencomputer ausführen könnte. Es müsste in der Lage sein, den Fluss von Quanteninformationen (Qubits) zu steuern und mit anderen Komponenten eines Quantenschaltkreises zu interagieren. Derzeit ist der Begriff „Quantentransistor“ eher eine konzeptionelle Idee als eine physische Realität, da sich Quantencomputertechnologien noch in einem frühen Entwicklungsstadium befinden.
Ein Qubit entspricht hinsichtlich der Informationsdarstellung nicht einem Transistor, sondern eher einem klassischen Bit. Allerdings verfügen Qubits aufgrund der Quantenmechanik über einzigartige Eigenschaften wie Superposition und Verschränkung, die Quantencomputer grundlegend von klassischen Computern unterscheiden. Qubits ermöglichen es Quantencomputern, bestimmte Probleme potenziell exponentiell schneller zu lösen als klassische Computer, insbesondere solche im Zusammenhang mit komplexen Simulationen, Kryptographie und Optimierung.
Die Leistung eines Quantencomputers im Vergleich zu einem klassischen Computer wird an seiner Fähigkeit gemessen, bestimmte Arten von Problemen effizienter zu lösen. Quantencomputer zeichnen sich durch Aufgaben aus, die massive Parallelität erfordern und die gleichzeitige Bewertung vieler Möglichkeiten erfordern. Für bestimmte Algorithmen, etwa Shors Algorithmus zur Faktorisierung großer Zahlen oder Grovers Algorithmus zum Durchsuchen unsortierter Datenbanken, haben Quantencomputer das Potenzial für eine exponentielle Beschleunigung gegenüber klassischen Gegenstücken gezeigt. Für die meisten alltäglichen Computeraufgaben bleiben klassische Computer jedoch aufgrund ihrer Reife, Zuverlässigkeit und breiten Anwendungsbasis praktischer und effizienter.