WTF Czy Qubits? Jedyni i Zero obliczeń kwantowych to wiele rzeczy naraz

W dzisiejszych czasach Qubits zyskuje coraz większą uwagę. Być może słyszałeś o nich, a jeśli tak, to prawdopodobnie wiesz coś zrobić z komputerami. Co dokładnie mają do czynienia z komputerami, jest mylące, więc zanim zanurzymy się bezpośrednio, skupmy się na idei obliczeń kwantowych. W mechanice kwantowej systemy mogą wykazywać bardzo specyficzne zachowania. Wśród nich jest superpozycja, gdy cząstka znajduje się w dwóch miejscach jednocześnie, i splątanie, gdy zachowanie jednej cząstki wpływa na zachowanie innych, bardziej odległych cząstek. To nie są zjawiska, które zauważamy w naszym codziennym życiu, dlatego nie martwimy się, że pies siedzi w kocie lub którykolwiek z nich dostanie się do spiżarni w trzech stanach. Sposób, w jaki obecnie budujemy komputery, opiera się na materiałach zwanych tranzystorami - czyli półprzewodnikami, które oddziałują i wzmacniają sygnały elektroniczne - i nie mogą korzystać ze stanów kwantowych. Komputery kwantowe są różne.

Ale jeśli zbudowałeś komputer zrobił bezpośrednio zajmuj się zjawiskami kwantowymi, twoje urządzenia elektroniczne mogą robić niewiarygodne rzeczy. Tego rodzaju komputery mogą działać z niesamowitą szybkością; przesiewaj triki danych w zaledwie kilka sekund. U podstaw tworzenia tej pracy leży przekształcenie natury danych. Obecnie dane są kodowane cyframi binarnymi, które nazywamy bitami, istniejącymi po prostu jako tylko jeden z dwóch stanów. Ale jeśli znalazłeś sposób na tworzenie bitów kwantowych - to znaczy, że istnieją w wielu stanach jednocześnie - byłyby to bity kwantowe lub „kubity”.

Kubit działa szczególnie dzięki wykorzystaniu superpozycji i zdolności do bycia nie tylko jednym z dwóch różnych stanów, ale jednocześnie może być obie stany. To jest jak włącznik światła i off (trafna metafora, jeśli weźmie się pod uwagę, że kubity są oparte na określonych polaryzacjach fotonów). To dziwne, że w świecie rzeczywistym myślimy o tym, ale w świecie fizyki kwantowej wcale nie jest dziwne.

Qubity wykazują również splątanie kwantowe, ponieważ można na nie działać jednocześnie - co jeszcze bardziej przyspiesza procesy sterowane danymi. Komputer działający może wykonywać dwie czynności naraz lub, co ważniejsze, uruchamiać wiele kroków na raz.

Załóżmy na przykład, że masz urządzenie, które przechodzi przez wiele danych - takich jak numery telefonów wszystkich na całym świecie - i organizuje i analizuje każdy wpis. Komputer kwantowy oparty na kubitach może wykonać takie zadanie znacznie szybciej, ponieważ dane nie muszą być przeszukiwane jeden po drugim. Ponieważ dane mogą przyjmować wiele stanów, można je przetwarzać znacznie szybciej.

Obliczenia kwantowe same w sobie zaczynają działać, ale zdobycie kubitów do pracy było znacznie trudniejszym przedsięwzięciem. W ostatnim dziesięcioleciu nastąpił wymierny szereg sukcesów. W 2013 r. Google uruchomił laboratorium Quantum Artificial Intelligence Lab we współpracy z NASA iz powodzeniem zbudował komputer kwantowy D-Wave o pojemności 512 kubitów. Właśnie w zeszłym miesiącu naukowcy rozwiązali problemy utrudniające rozwój kubitów optycznych; inni ujawnili udany test czegoś, co nazywa się „qutrit” - który może istnieć nie w dwóch, ale trzy różne stany nałożone.

Czy którykolwiek z tych czynników wpłynie na sposób, w jaki łączymy się z technologią rynku masowego? Jest prawdopodobne, ale wiedza o kubitach ma niewielką wartość praktyczną - poza zrozumieniem konsekwencji tego, co nadchodzi w nie tak odległej przyszłości.