WTF Adakah Qubits? The Ones and Zeroes of Quantum Computing Are Many Things at Once

Qubits semakin mendapat perhatian pada hari-hari ini. Anda mungkin pernah mendengar tentang mereka dan, jika anda mempunyai, anda mungkin tahu yang ada sesuatu dengan komputer. Apa, sebenarnya, mereka ada kaitan dengan komputer yang mengelirukan begitu, sebelum kita menyelam terus, mari kita dapatkan kepala kolektif di sekitar idea pengkomputeran kuantum. Dalam mekanik kuantum, sistem boleh menunjukkan tingkah laku yang sangat pelik. Antaranya adalah superposisi, apabila zarah berada di dua tempat sekaligus, dan kelemahan, apabila tingkah laku satu zarah mempengaruhi kelakuan zarah-zarah lain yang lebih jauh. Ini bukanlah fenomena yang kita perhatikan dalam kehidupan seharian kita, sebab itu kita tidak bimbang tentang anjing yang duduk di dalam kucing atau salah seorang daripada mereka masuk ke dalam tiga dapur negeri. Cara kami membina komputer sekarang adalah berdasarkan bahan yang dipanggil transistor - aka semikonduktor yang berinteraksi dengan dan menguatkan isyarat elektronik - dan mereka tidak boleh mengambil kesempatan daripada keadaan kuantum. Komputer kuantum adalah berbeza.

Tetapi jika anda membina komputer itu lakukan secara langsung berurusan dengan fenomena kuantum, peranti elektronik anda boleh melakukan perkara-perkara yang sukar dipercayai. Jenis-jenis komputer boleh beroperasi pada kelajuan yang luar biasa; menyaring trofi data dalam beberapa saat sahaja. Inti membuat kerja ini mengubah sifat data. Pada masa ini, data dikodkan dalam digit binari yang kita panggil bit, yang wujud hanya sebagai salah satu daripada dua negeri sahaja. Tetapi jika anda mendapati cara untuk membuat kuantum bit - iaitu, wujud di beberapa negara sekaligus - mereka sebaliknya akan menjadi bit kuantum, atau "qubit."

Qubit khusus berfungsi dengan mengambil kesempatan daripada superposisi dan mempunyai keupayaan untuk menjadi tidak hanya salah satu daripada dua negeri yang berbeza, tetapi pada masa yang sama kedua-duanya negeri. Ia seperti suis lampu yang kedua-duanya dan (metafora yang tepat apabila anda menganggap bahawa qubit adalah berdasarkan polarisasi foton tertentu). Itulah pelik bagi kita di dunia nyata untuk difikirkan, tetapi di dunia fizik kuantum, itu tidak pelik sama sekali.

Qubits juga memperlihatkan kelainan kuantum kerana ia boleh bertindak secara serentak - seterusnya membantu mempercepatkan proses yang didorong oleh data. Komputer yang berjalan boleh melakukan dua perkara sekaligus atau, lebih banyak lagi, menjalankan proses berbilang langkah pada suatu masa.

Sebagai contoh, katakan anda mempunyai peranti yang sedang melalui data yang mendalam - seperti nombor telefon semua orang di seluruh dunia - dan menganjurkan dan menganalisis setiap entri. Komputer kuantum yang berasaskan qubit dapat menyelesaikan tugas sedemikian dengan lebih cepat kerana data tidak perlu diselidiki satu persatu. Oleh kerana data boleh mengambil banyak keadaan, ia dapat diproses dengan lebih cepat.

Pengkomputeran kuantum itu sendiri sedang dimatikan, tetapi mendapat kelayakan untuk bekerja adalah usaha yang lebih sukar. Terdapat pelbagai kejayaan terukur dalam dekad yang lalu. Pada tahun 2013, Google melancarkan Makmal Perisikan Buatan Kuantum dengan kerjasama NASA, dan berjaya membina komputer kuantum 512-qubit D-Wave. Hanya bulan terakhir ini, penyelidik telah menyelesaikan masalah yang menghalang perkembangan qubit optik; dan lain-lain melancarkan ujian berjaya sesuatu yang dipanggil "qutrit" - yang boleh wujud bukan dua, tetapi tiga negeri superimposed berbeza.

Adakah ini akan menjejaskan cara kita berinteraksi dengan teknologi pasaran massa? Ini mungkin, tetapi ada sedikit nilai praktikal untuk pengetahuan qubit - melampaui pemahaman tentang apa yang akan datang dalam masa depan yang tidak begitu jauh.