Model sirkuit kuantum menggambarkan komputer kuantum sebagai sistem kuantum tertutup dan mengasumsikan bahwa ada sistem yang mengeksekusi sirkuit tetapi sepenuhnya terisolasi dari sisa alam semesta. Namun, di dunia nyata, tidak ada mekanisme yang diketahui untuk benar-benar mengisolasi sistem kuantum dari lingkungannya. Sistem kuantum nyata adalah sistem kuantum terbuka. Buka pasangan sistem kuantum dengan lingkungannya dan hancurkan informasi kuantum dalam sistem melalui dekoherensi . Ketika memeriksa evolusi sederhana dari sistem kuantum tunggal, kopling sistem-lingkungan ini tampaknya menyebabkan kesalahan pada evolusi sistem kuantum (yang tidak akan menjadi kesatuan dalam kasus ini).
Sebuah koin memiliki dua status, dan menghasilkan sedikit tetapi qubit yang buruk karena tidak dapat tetap berada di superposisi dari headdantailuntuk waktu yang lama karena itu adalah objek klasik. Putaran nuklir tunggal dapat menjadi qubit yang sangat baik, karena superposisi disejajarkan dengan atau terhadap medan magnet eksternal dapat bertahan untuk waktu yang lama, bahkan berhari-hari. Tetapi mungkin sulit untuk membangun komputer kuantum dari putaran nuklir karena kopling mereka sangat kecil sehingga sulit untuk mengukur orientasi inti tunggal. Pengamatan bahwa hambatannya bertentangan secara umum: komputer kuantum harus diisolasi dengan baik untuk mempertahankan sifat kuantumnya, tetapi pada saat yang sama qubitnya harus dapat diakses sehingga mereka dapat dimanipulasi untuk melakukan perhitungan dan membacakan hasil. Implementasi yang realistis harus mencapai keseimbangan antara kendala-kendala ini.
Langkah pertama menuju penyelesaian masalah dekoherensi diambil pada 1995 ketika Shor dan Steane secara independen menemukan analog kuantum dari kode koreksi kesalahan klasik. Shor menemukan bahwa dengan menyandikan informasi kuantum, informasi ini dapat menjadi lebih tahan terhadap interaksi dengan lingkungannya. Setelah penemuan ini, sebuah teori yang kuat tentang koreksi kesalahan kuantum dikembangkan. Banyak kode koreksi kesalahan kuantum yang berbeda ditemukan dan ini selanjutnya mengarah pada teori perhitungan kuantum toleran-kesalahan. Komputasi kuantum toleran sepenuhnya kesalahan menjelaskan metode untuk berurusan dengan kopling sistem-lingkungan serta berurusan dengan kontrol yang salah dari komputer kuantum.
Yang paling penting adalah penemuan teorema ambang batas untuk perhitungan kuantum toleran-kesalahan. Teorema ambang menyatakan bahwa jika interaksi dekoherensi adalah dari bentuk tertentu dan lebih lemah dari interaksi pengontrol dengan rasio tertentu, perhitungan kuantum untuk setiap presisi yang diinginkan dapat dicapai. Teorema ambang batas untuk toleransi kesalahan dengan demikian menyatakan solusi akhir untuk pertanyaan apakah ada batasan teoritis untuk pembangunan komputer kuantum yang kuat.
Referensi: Decoherence, Kontrol, dan Simetri di Komputer Quantum - D. Bacon
