WTF Qubits? Единицы и нули квантовых вычислений - это много вещей одновременно

Кубиты получают все больше внимания в эти дни. Вы, возможно, слышали о них, и, если у вас есть, вы, вероятно, знаете, что есть что-то делать с компьютерами. То, что именно они имеют отношение к компьютерам, сбивает с толку, поэтому, прежде чем мы углубимся, давайте разберемся с идеей квантовых вычислений. В квантовой механике системы могут демонстрировать очень своеобразное поведение. Среди них суперпозиция, когда частица находится в двух местах одновременно, и запутанность, когда поведение одной частицы влияет на поведение других, более удаленных частиц. Это не те явления, которые мы замечаем в нашей повседневной жизни, поэтому мы не беспокоимся о собаке, сидящей в кошке, или о том, что одна из них попадет в кладовую в трех состояниях. То, как мы сейчас строим компьютеры, основано на материалах, называемых транзисторами, то есть полупроводниками, которые взаимодействуют с электронными сигналами и усиливают их, и они не могут использовать квантовые состояния. Квантовые компьютеры разные.

Но если вы создали компьютер, который сделал непосредственно имея дело с квантовыми явлениями, ваши электронные устройства могут совершать невероятные вещи. Эти виды компьютеров могут работать с невероятной скоростью; просеять через массивы данных в считанные секунды. В основе выполнения этой работы лежит трансформация характера данных. В настоящее время данные кодируются двоичными цифрами, которые мы называем битами, которые существуют просто как одно из двух состояний. Но если бы вы нашли способ сделать биты квантовыми, то есть существовать одновременно в нескольких состояниях, они вместо этого были бы квантовыми битами или «кубитами».

Кубит, в частности, работает, используя преимущества суперпозиции и способность быть не просто одним из двух разных состояний, но одновременно быть и то и другое состояния. Это как выключатель света, который включен а также off (удачная метафора, если учесть, что кубиты основаны на определенных поляризациях фотонов). В реальном мире нам странно думать об этом, но в мире квантовой физики это вовсе не странно.

Кубиты также демонстрируют квантовую запутанность, потому что на них можно воздействовать одновременно, что помогает ускорить процессы, управляемые данными. Работающий компьютер может делать две вещи одновременно или, более точно, проходить через процесс несколько шагов одновременно.

Например, допустим, у вас есть устройство, которое просматривает большой объем данных - например, номера телефонов всех людей в мире - и организует и анализирует каждую запись. Квантовый компьютер, основанный на кубитах, мог бы выполнить такую ​​задачу намного быстрее, потому что данные не нужно просеивать один за другим. Поскольку данные могут принимать несколько состояний, они могут обрабатываться намного быстрее.

Квантовое вычисление само по себе набирает обороты, но заставить работать кубиты было гораздо более трудным делом. За последнее десятилетие был достигнут ощутимый успех. В 2013 году Google в сотрудничестве с НАСА запустил Лабораторию квантового искусственного интеллекта и успешно создал 512-кубитный квантовый компьютер D-Wave. Только в прошлом месяце исследователи решили проблемы, препятствующие развитию оптических кубитов; и другие обнародовали успешное испытание того, что называется «критрит», - который может существовать не в двух, а в три разные наложенные состояния.

Повлияет ли что-нибудь из этого на то, как мы взаимодействуем с технологиями массового рынка? Вероятно, но практическая ценность для знания кубита невелика - помимо понимания последствий того, что произойдет в не столь отдаленном будущем.