«Если вы думаете, что разбираетесь в квантовой механике, вы не понимаете квантовую механику». - Ричард Фейнман.
Все вычислительные устройства можно разбить на единицы и нули, биты. Эти единицы и нули создаются крошечными переключателями включения / выключения, называемыми транзисторами. Однако это скоро изменится. Транзисторы, содержащиеся в современных процессорах, приближаются к атомному масштабу, 14 нанометров. Это примерно в 8 раз меньше, чем у вируса ВИЧ. Незначительный.
Все это означает, что транзисторы могут перестать работать так, как мы ожидали. При размерах атомов квантовая механика берет на себя наши ньютоновские (читай «нормальные») законы физики. В квантовом мире частицы могут перемещаться через непреодолимые преграды. Существуют более чем в одном месте одновременно. Даже взаимодействуют друг с другом на расстоянии световых лет. В квантовом компьютере знакомые нам единицы и нули теперь стали чем-то более странным. Кубит.
Как и биты, кубит также может иметь два состояния. Вместо того, чтобы включаться и выключаться, кубит использует фундаментальные свойства субатомных частиц. Одно из таких свойств называется вращением. Вы можете представить себе вращение как баскетбольный мяч, который крутится на кончике чьего-то пальца. Он может вращаться как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. Однако кубит не ограничен, как вращающийся баскетбольный мяч. Вот-вот станет странно.
Верите вы в это или нет, но на самом деле кубит может вращаться (или использовать другое квантово-механическое свойство) по часовой стрелке, против часовой стрелки или в любой их комбинации одновременно. Это называется суперпозицией. Но подождите, это станет еще более странным.
Субатомные частицы могут находиться в этом состоянии суперпозиции, но только если вы не взаимодействуете с ними. Как только субатомной частице требуется действовать «более нормально», она выпадает из суперпозиции и принимает только одно состояние. Например, по часовой стрелке. Это классически демонстрируется в физическом эксперименте, известном как эксперимент с двойной щелью.
В этом эксперименте один фотон света проходит через одну из двух щелей в барьере. Фотон может пройти либо через щель справа, либо через щель слева. Однако, когда мы наблюдаем за светом, падающим из этих щелей, мы видим то, что называется интерференционной картиной. Интерференционная картина возникает, когда две волны встречаются и либо становятся больше, либо гасятся. Это означает, что хотя одиночная фотонная частица проходит через одну щель, этот же фотон ведет себя как волна и проходит через другую щель. Физики называют это «дуальностью волна-частица». И здорово то, что мы, люди, выяснили, как использовать эту странность для создания вычислительного монстра.
Если мы возьмем четыре классических бита, единицы и нули, количество возможных комбинаций, которые мы можем составить с четырьмя битами, составит 16. То же самое с кубитами даст все 16 комбинаций одновременно. да. В то же время. И с каждым добавленным кубитом это количество комбинаций будет расти в геометрической прогрессии.
Это означает, что когда кубиты обрабатывают данный алгоритм, кубиты могут обрабатывать все возможные комбинации этого алгоритма одновременно. На традиционном компьютере каждый алгоритм должен выполняться отдельно. Вы можете думать, что ваш новый игровой автомат быстрый, но вы просто не можете превзойти мощность параллельной обработки. Хотя из-за странности квантовых частиц вам может потребоваться дважды проверить ответ вашего алгоритма, на всякий случай.
Не думайте о квантовых компьютерах как о «более быстрых» в обработке данных, чем обычные компьютеры, думайте о квантовых компьютерах как о более эффективных. Но это не значит, что ваш новый ноутбук работает медленно. Сможете ли вы в ближайшее время приобрести квантовый компьютер на Amazon, чтобы вы могли без перерыва смотреть видео с кошками на Netflix и YouTube целый день? Возможно нет. Квантовые компьютеры будут лучше использоваться в конкретных приложениях, таких как поиск в больших базах данных, таких как данные, хранящиеся в Facebook и Google.
Звучит неплохо, но квантовые компьютеры можно использовать и в гнусных целях. Все ваши онлайн-данные зашифрованы или переведены в секретный код, который знает только ваш компьютер. Тогда как другие люди могут просматривать зашифрованное электронное письмо, которое вы отправили? Вы отправляете им «декодер», известный как открытый ключ, который принимающий компьютер может использовать для проверки отправленных вами данных, а затем выясняете, как декодировать ваши данные с помощью этого открытого ключа.
Квантовые компьютеры настолько эффективны, что могут найти код ваших данных, запустив алгоритмы на вашем открытом ключе, чтобы взломать код в относительно короткие сроки. Все наши текущие методы шифрования находятся под угрозой. Если технология квантовых вычислений попадет в чужие руки, кто знает, какой хаос может быть нанесен. В нашем мире тот, кто контролирует данные, контролирует.
