WTF sind Qubits? Die Einsen und Nullen des Quantencomputing sind viele Dinge gleichzeitig

Qubits bekommen heutzutage immer mehr Aufmerksamkeit. Sie haben vielleicht schon von ihnen gehört und wenn ja, wissen Sie das wahrscheinlich etwas mit Computern zu tun. Was genau mit Computern zu tun hat, ist verwirrend. Bevor wir also direkt einsteigen, wollen wir uns mit der Idee des Quantencomputers befassen. In der Quantenmechanik können Systeme sehr merkwürdiges Verhalten zeigen. Unter diesen ist die Überlagerung, wenn sich ein Partikel an zwei Stellen gleichzeitig befindet, und die Verschränkung, wenn das Verhalten eines Partikels das Verhalten anderer, weiter entfernter Partikel beeinflusst. Dies sind keine Phänomene, die wir in unserem Alltag wahrnehmen, weshalb wir uns keine Sorgen machen, ob der Hund in der Katze sitzt oder ob einer der beiden in drei Zuständen in eine Speisekammer gerät. Die Art und Weise, wie wir Computer bauen, basiert auf Materialien, die Transistoren genannt werden - Halbleiter, die mit elektronischen Signalen interagieren und diese verstärken -, und sie können Quantenzustände nicht nutzen. Quantencomputer unterscheiden sich.

Aber wenn du einen Computer gebaut hast tat Wenn Sie sich direkt mit Quantenphänomenen befassen, könnten Ihre elektronischen Geräte unglaubliche Dinge bewirken. Diese Computer könnten mit unglaublichen Geschwindigkeiten arbeiten. blättern Sie in wenigen Sekunden durch Datenmengen. Im Zentrum dieser Arbeit steht die Transformation der Daten. Derzeit werden Daten in binären Ziffern codiert, die wir als Bits bezeichnen, die lediglich als einer von zwei Zuständen vorliegen. Wenn Sie jedoch einen Weg gefunden haben, Bits quantitativ zu machen, dh in mehreren Zuständen gleichzeitig zu existieren, wären sie stattdessen Quantenbits oder „Qubits“.

Ein Qubit arbeitet speziell, indem es die Überlagerung ausnutzt und die Fähigkeit hat, nicht nur einer von zwei verschiedenen Zuständen zu sein, sondern gleichzeitig zu sein beide Zustände. Es ist wie ein Lichtschalter, der beide eingeschaltet ist und off (eine passende Metapher, wenn man bedenkt, dass Qubits auf bestimmten Polarisationen von Photonen beruhen). Das ist für uns in der realen Welt seltsam, darüber nachzudenken, aber in der Welt der Quantenphysik ist das überhaupt nicht komisch.

Qubits weisen außerdem eine Quantenverschränkung auf, da sie gleichzeitig bearbeitet werden können, was die Beschleunigung datengesteuerter Prozesse weiter beschleunigt. Ein Computer, der ausgeführt wird, kann zwei Dinge gleichzeitig ausführen oder, genauer gesagt, einen Prozess mehrere Schritte gleichzeitig ausführen.

Angenommen, Sie verfügen über ein Gerät, das einen tiefen Datenschatz durchläuft - wie die Telefonnummern aller auf der ganzen Welt - und jeden Eintrag organisiert und analysiert. Ein auf Qubits basierender Quantencomputer könnte eine solche Aufgabe viel schneller erledigen, da die Daten nicht nacheinander durchsucht werden müssen. Da die Daten mehrere Zustände annehmen können, können sie wesentlich schneller verarbeitet werden.

Quantum Computing selbst ist im Aufwind, aber Qubits zur Arbeit zu bringen, war ein viel schwierigeres Unterfangen. In den letzten zehn Jahren gab es eine Reihe messbarer Erfolge. Im Jahr 2013 führte Google in Zusammenarbeit mit der NASA das Quantum Artificial Intelligence Lab ein und baute erfolgreich einen 512-Bit-D-Wave-Quantencomputer. Erst im letzten Monat haben Forscher Probleme gelöst, die die Entwicklung von optischen Qubits behindern. und andere enthüllten den erfolgreichen Test von etwas, das als "qutrit" bezeichnet wird - was nicht nur in zwei, sondern in zwei Fällen existieren kann drei verschiedene überlagerte Zustände.

Beeinflusst irgendetwas davon die Art und Weise, wie wir mit Massenmarkttechnologie interagieren? Es ist wahrscheinlich, aber es gibt wenig praktischen Nutzen für Qubit-Wissen - mehr als das Verständnis der Auswirkungen dessen, was in nicht allzu ferner Zukunft kommt.