WTF Zijn Qubits? De enen en nullen van Quantum Computing zijn veel dingen tegelijk

Qubits krijgen tegenwoordig meer en meer aandacht. Je hebt misschien wel van ze gehoord en als je dat weet, weet je waarschijnlijk dat iets te maken met computers. Wat ze precies met computers te maken hebben, is verwarrend. Laten we, voordat we er direct in duiken, ons collectieve hoofd rond het idee van quantum computing zetten. In de kwantummechanica kunnen systemen heel eigenaardig gedrag vertonen. Daaronder is superpositie, wanneer een deeltje op twee plaatsen tegelijk is, en verstrengeling, wanneer het gedrag van een deeltje het gedrag van andere, verder verwijderde deeltjes beïnvloedt. Dit zijn geen verschijnselen die we opmerken in ons dagelijks leven, daarom maken we ons geen zorgen over de hond die in de kat zit of een van hen die drie toestanden binnengaat in een voorraadkast. De manier waarop we nu computers bouwen, is gebaseerd op materialen die we transistors noemen, oftewel halfgeleiders die communiceren met elektronische signalen en deze versterken - en ze kunnen geen gebruik maken van kwantumtoestanden. Kwantumcomputers zijn anders.

Maar als je een computer hebt gebouwd dat deed direct omgaan met kwantumverschijnselen, je elektronische apparaten zouden ongelooflijke dingen kunnen doen. Dit soort computers zou met ongelooflijke snelheden kunnen werken; zaag in een paar seconden trojaanse gegevens door. De kern van het maken van dit werk is het transformeren van de aard van gegevens. Momenteel worden gegevens gecodeerd in binaire cijfers die we bits noemen, en die eenvoudigweg als een van twee staten bestaat. Maar als je een manier hebt gevonden om bits quantum te maken - dat wil zeggen, in meerdere toestanden tegelijk te bestaan ​​- dan zouden ze in plaats daarvan quantumbits zijn, of 'qubits'.

Een qubit werkt specifiek door te profiteren van superpositie en het vermogen te hebben om niet slechts een van de twee verschillende toestanden te zijn, maar tegelijkertijd te zijn beide staten. Het is net een lichtschakelaar die beide aan staat en uit (een passende metafoor als je bedenkt dat qubits gebaseerd zijn op bepaalde polarisaties van fotonen). Dat is raar voor ons in de echte wereld om over na te denken, maar in de wereld van de kwantumfysica is het helemaal niet raar.

Qubits vertonen ook kwantumverstrengelingen omdat ze tegelijkertijd kunnen worden gebruikt - wat helpt om datagedreven processen te versnellen. Een computer die draait kan twee dingen tegelijkertijd doen of, meer to the point, een proces meerdere stappen tegelijk doorlopen.

Laten we bijvoorbeeld zeggen dat u een apparaat hebt dat een grote hoeveelheid gegevens doorneemt - zoals de telefoonnummers van iedereen in de hele wereld - en dat u elk item organiseert en analyseert. Een kwantumcomputer op basis van qubits zou een dergelijke taak veel sneller kunnen uitvoeren omdat de gegevens niet één voor één hoeven te worden doorzocht. Omdat de gegevens meerdere statussen kunnen aannemen, kan deze veel sneller worden verwerkt.

Quantum computing zelf neemt een vlucht, maar het krijgen van qubits om aan het werk te gaan is een veel moeilijkere onderneming geweest. Het afgelopen decennium was er een meetbaar aantal successen. In 2013 lanceerde Google het Quantum Artificial Intelligence Lab in samenwerking met NASA en bouwde met succes een 512-qubit D-Wave-quantumcomputer. De afgelopen maand hebben onderzoekers problemen opgelost die de ontwikkeling van optische qubits belemmeren; en anderen onthulden de succesvolle test van iets genaamd een "qutrit" - dat in niet twee kan bestaan, maar drie verschillende overlappende staten.

Zal dit ooit van invloed zijn op de manier waarop we omgaan met massamarkttechnologie? Het is waarschijnlijk, maar er is weinig praktische waarde voor qubit-kennis - meer dan het begrijpen van de gevolgen van wat er in de nabije toekomst komt.