量子计算机在保持量子比特保真度和管理噪声方面面临重大挑战，这直接影响了它们的可靠性和可扩展性。量子比特是量子信息的基本单元，对环境高度敏感。即使与热、电磁场或材料缺陷等外部因素发生微小相互作用，也会导致退相干——量子态完整性的丧失。例如，IBM 和 Google 等公司使用的超导量子比特需要接近绝对零度（约 10 毫开尔文）的工作温度，以最大限度地减少热噪声。尽管存在这些极端条件，量子比特仍然具有有限的相干时间——通常是微秒到毫秒——在此期间它们可以在误差累积之前执行有用的计算。这使得今天使用许多顺序操作执行复杂的算法变得不切实际。
另一个主要挑战是门错误率。量子操作（门）操纵量子比特，但控制系统中的缺陷或环境噪声会引入误差。例如，当前硬件中的双量子比特门可能具有 0.1% 到 1% 的错误率，这看起来很低，但在扩展时会变得令人望而却步。即使每个门的错误率为 0.1%，具有 1,000 个门的电路也可能会看到 60% 的错误概率。串扰（相邻量子比特之间不需要的相互作用）加剧了这种情况。例如，当在一个量子比特上运行一个门时，附近的量子比特可能会由于电磁耦合而无意中改变其状态。缓解这种情况需要精确的校准和隔离，但这些调整通常会牺牲量子比特连接性或计算速度，从而造成设计瓶颈。
最后，纠错本身也提出了一个可扩展性挑战。像表面码这样的量子纠错码需要许多物理量子比特来编码单个逻辑（抗错误）量子比特。例如，一个逻辑量子比特可能需要 1,000 个物理量子比特来实现容错。当前的量子处理器，例如 IBM 的 433 量子比特 Ospace，缺乏有效地实现这一点所需的量子比特数量和连接性。此外，纠错需要实时反馈和控制，这给经典硬件接口带来了压力。即使量子比特保真度的微小改进（例如，每个门的错误率从 99.9% 提高到 99.99%）也可以减少开销，但材料科学和控制工程必须取得重大进展才能达到这些阈值。在那之前，噪声和保真度限制将量子计算机限制在小规模、容易出错的演示，而不是实际应用。