WTF är Qubits? Ones och Zeroes of Quantum Computing är många saker på en gång

Qubits blir mer och mer uppmärksamhet i dessa dagar. Du kanske har hört talas om dem och, om du har, vet du förmodligen det har något att göra med datorer. Vad, exakt, de har att göra med datorer är förvirrande, så innan vi dyker rakt in, låt oss få vårt kollektiva huvud kring tanken på kvantdator. I kvantmekanik kan system uppvisa mycket märkliga beteenden. Bland dessa är överlagring, när en partikel är på två ställen samtidigt och förtrollning, när uppförandet av en partikel påverkar beteendet hos andra, mer avlägsna partiklar. Det här är inte fenomen som vi märker i våra dagliga liv, varför vi inte oroar oss för att hunden sitter i katten eller att någon av dem kommer in i ett skafferi tre stater över. Hur vi bygger datorer just nu bygger på material som kallas transistorer - aka halvledare som interagerar med och förstärker elektroniska signaler - och de kan inte utnyttja kvanttillstånd. Kvantumdatorer är olika.

Men om du byggt en dator som gjorde direkt hantera kvantfenomen, dina elektroniska enheter kan göra otroliga saker. Dessa typer av datorer kan fungera i otroliga hastigheter; siktra igenom dataöverföringar på några sekunder. Kärnan i att göra detta arbete omvandlar naturen av data. För närvarande kodas data i binära siffror som vi kallar bitar, existerande bara som endera av två tillstånd. Men om du hittade ett sätt att göra bitkvantum - det existerar i flera stater samtidigt - skulle de istället vara kvanta bitar eller "qubits".

En qubit fungerar specifikt genom att utnyttja överlagring och ha förmågan att inte bara vara en av två olika stater, utan samtidigt vara både stater. Det är som en ljusbrytare som båda är på och off (en apt metafor när du anser att qubits bygger på speciella polarisationer av fotoner). Det är konstigt för oss i den verkliga världen att tänka på, men i quantumfysikens värld är det inte konstigt alls.

Qubits uppvisar också kvantintrassering eftersom de kan hanteras samtidigt - vilket ytterligare bidrar till att påskynda datastyrda processer. En dator som körs kan göra två saker på en gång eller, mer än en gång, springa igenom en process flera steg i taget.

Låt oss till exempel säga att du har en enhet som går igenom en djup dataöverföring - som telefonnummer från alla i hela världen - och organiserar och analyserar varje post. En kvantdator baserad på qubits kan utföra en sådan uppgift mycket snabbare eftersom data inte behöver siktas genom en efter en. Eftersom data kan ta på sig flera tillstånd kan den bearbetas mycket snabbare.

Quantum computing själv tar av, men det är svårare att få qubits till jobbet. Det har varit ett mätbart utbud av framgångar under det senaste decenniet. Under 2013 lanserade Google Quantum Artificial Intelligence Lab i samarbete med NASA, och byggde framgångsrikt en 512 kvarts D-Wave quantum-dator. Bara den senaste månaden har forskare löst problem som hindrar utvecklingen av optiska qubits; och andra presenterade det framgångsrika testet av något som kallas "qutrit" - som kan existera i inte två, men tre olika överlagrade tillstånd.

Kommer något av detta någonsin att påverka sättet vi gränsar till med massmarknadsteknologi? Det är troligt, men det finns lite praktiskt värde för att kvittra kunskapen - förutom att förstå konsekvenserna av vad som kommer i den inte så avlägsna framtiden.