WTF er Qubits? Ones og nuller av Quantum Computing er mange ting samtidig

Qubits får stadig mer oppmerksomhet i disse dager. Du har kanskje hørt om dem, og hvis du har det, vet du sikkert det har noe å gjøre med datamaskiner. Hva, nettopp, de har å gjøre med datamaskiner, er forvirrende, så før vi dykker rett inn, la oss få vårt kollektive hode rundt ideen om kvantumberegning. I kvantemekanikk kan systemer utvise svært særegne atferd. Blant disse er superposisjon, når en partikkel er to steder på en gang, og inngrep, når oppførselen til en partikkel påvirker oppførselen til andre, fjernere partikler. Dette er ikke fenomener vi ser i våre daglige liv, derfor er vi ikke bekymret for at hunden sitter i katten, eller at en av dem kommer inn i et pantry tre stater over. Måten vi bygger datamaskiner på nå, er basert på materialer som kalles transistorer - aka halvledere som samhandler med og forsterker elektroniske signaler - og de kan ikke dra nytte av kvanteforhold. Kvante datamaskiner er forskjellige.

Men hvis du bygget en datamaskin som gjorde direkte avtale med kvantfenomener, dine elektroniske enheter kan gjøre utrolige ting. Disse typer datamaskiner kan operere med utrolige hastigheter; sikt gjennom dataoverføringer på få sekunder. Kjernen i å gjøre dette arbeidet forvandler dataens natur. For tiden er data kodet i binære sifre vi kaller biter, eksisterende bare som en av to tilstander. Men hvis du fant en måte å lage bits kvantum - det vil si eksistere i flere stater samtidig - ville de i stedet være kvantebiter eller "qubits".

En qubit fungerer spesielt ved å utnytte superposisjon og ha muligheten til å være ikke bare en av to forskjellige stater, men samtidig være både stater. Det er som en lysbryter som begge er på og av (en egnet metafor når du vurderer at qubits er basert på bestemte polarisasjoner av fotoner). Det er rart for oss i den virkelige verden å tenke på, men i kvantefysikkens verden er det ikke rart i det hele tatt.

Qubits viser også kvantekonflikt fordi de kan håndteres samtidig - videre bidrar til raskere datadrevne prosesser. En datamaskin som kjører, kan gjøre to ting på en gang eller, til slutt, løpe gjennom en prosess flere trinn om gangen.

For eksempel, la oss si at du har en enhet som går gjennom en dyp datafrekvens - som telefonnumrene til alle i hele verden - og organisere og analysere hver oppføring. En kvantecomputer basert på qubits kan utføre en slik oppgave mye raskere fordi dataene ikke trenger å bli siktet gjennom en etter en. Fordi dataene kan ta på flere stater, kan det behandles mye raskere.

Quantum computing selv tar seg av, men å få qubits til jobb har vært en mye vanskeligere innsats. Det har vært et målbart utvalg av suksesser i det siste tiåret. I 2013 lanserte Google Quantum Artificial Intelligence Lab i samarbeid med NASA, og bygget opp en 512-kvarts D-Wave quantum-datamaskin. Bare denne siste måneden har forskere løst problemer som hindrer utviklingen av optiske qubits; og andre avduket den vellykkede testen av noe som kalles "qutrit" - som kan eksistere i ikke to, men tre forskjellige overlagrede stater.

Vil noe av dette noensinne påvirke måten vi kobler sammen med massemarkedsteknologi? Det er sannsynlig, men det er lite praktisk verdi å kvittere kunnskap - utover å forstå forgreningene av det som kommer i den ikke så fjerne fremtiden.