Un bit cuantic, altfel cunoscut sub numele de qubit, este unitatea de bază a datelor în calculul cuantic. Ca un bit binar în computerele clasice, deoarece poate stoca informații, dar se comportă foarte diferit datorită mecanica cuantică.
Calculatoare cuantice utilizați în mod normal particule subatomice, cum ar fi fotoni (pachete de lumină) sau electroni, ca qubiți. În qubiți, proprietăți precum sarcina, polarizarea fotonică sau spin reprezintă 1 și 0 în calculul binar. Cu toate acestea, qubiții sunt, de asemenea, supuși unor fenomene cunoscute ca suprapunere şi incurcareadatorită naturii lor cuantice, care este locul în care lucrurile încep să devină ciudate.
Biți vs qubiți: care este diferența?
Pe lângă faptul că sunt fie 0, fie 1, ca un bit, qubiții pot ocupa ambele stări în același timp – sau o suprapunere de 1 și 0. Qubitul va rămâne în suprapunere până când este observat direct sau perturbat de factori externi de mediu, cum ar fi ca căldură. Deoarece această stare cuantică este atât de delicată, qubiții trebuie păstrați fără interferențe, ceea ce necesită temperaturi foarte scăzute.
Suprapunerea permite qubiților unui computer cuantic să fie în mai multe stări (0, 1 sau ambele), iar numărul de stări posibile disponibile crește exponențial cu cât există mai mulți qubiți. Dacă aveți doi biți clasici, de exemplu, la un moment dat, aceștia ar putea lua valori fie 0,0; 0,1; 1,0; sau 1,1.
Cu doi qubiți, puteți codifica datele în toate cele patru stări simultan. Ca atare, computerele cuantice au potențial o putere de procesare mult mai mare decât computerele convenționale care folosesc biți binari. Cu cât aveți mai mulți qubiți, cu atât puteți procesa mai multe calcule în paralel – iar acest lucru crește exponențial dacă adăugați mai mulți în sistem. Cu toate acestea, pentru a vedea o creștere exponențială a puterii de procesare, trebuie să încurci și qubiții.
Cum funcționează încurcarea?
În întricarea cuantică, stările particulelor subatomice sunt legate, indiferent de cât de departe ar putea fi acestea. Obținerea de informații despre un qubit va furniza automat informații despre particulele sale încurcate.
Particulele încurcate sunt întotdeauna într-o stare corelată. În consecință, dacă se măsoară o proprietate (cum ar fi spin) a unei particule, scoțând-o astfel din suprapunere, același lucru se va întâmpla instantaneu și cu particula încâlcită. Deoarece stările celor două particule încurcate sunt întotdeauna corelate, cunoașterea stării unei particule încurcate înseamnă că starea celeilalte poate fi dedusă.
Înrudit: Prototipul de procesor cuantic se mândrește cu o fidelitate record de 99,9% qubit
În loc să măsoare direct qubitul și, prin urmare, să-l facă să-și piardă starea de suprapunere, oamenii de știință investighează dacă ar putea exista o modalitate de a deduce indirect informații despre un qubit din interacțiunea acestuia cu mediul înconjurător.
Încurcarea cuantică a qubiților le permite, de asemenea, să interacționeze unul cu celălalt simultan, indiferent de distanța lor unul de celălalt. Atunci când este combinată cu suprapunerea, încrucișarea cuantică le permite teoretic qubiților să sporească mult puterea de calcul a calculatoarelor cuantice, permițându-le să efectueze calcule complexe pe care computerele binare puternice s-ar strădui să le rezolve.
În prezent, acest lucru este posibil la scară mică, dar provocarea este de a o extinde. De exemplu, unele calcule, cum ar fi ruperea algoritmilor de criptare, le-ar dura calculatoarelor clasice milioane de ani pentru a fi executate. Cu toate acestea, dacă am putea construi un computer cuantic cu milioane de qubiți, aceiași algoritmi ar putea fi sparți în câteva secunde.
De ce sunt qubiții atât de fragili și predispuși la decoerență?
Deci, de ce nu am adunat pur și simplu din ce în ce mai mulți qubiți pentru a construi o astfel de mașină? Din păcate, qubiții sunt de scurtă durată, iar suprapunerea se poate prăbuși cu cele mai slabe influențe ale mediului extern, cum ar fi căldura sau mișcarea. Din acest motiv, sunt considerate „zgomotoase” și predispuse la erori.
Din acest motiv, mulți qubiți trebuie să fie răciți până aproape zero absolut și întreținute cu echipamente specializate. De asemenea, au „timpi de coerență” incredibil de scurti – care este măsura pentru cât timp păstrează starea dorită necesară procesării calculelor cuantice. Timpurile de coerență durează de obicei doar fracţiuni de secundă. (Recordul mondial este 10 minute pentru un singur qubit — dar experții cred că este puțin probabil să fie tradus într-un computer cuantic real.) Acest factor face, de asemenea, qubiții nepotriviți pentru stocarea de date pe termen lung.
Deși multe calculatoare cuantice există astăzi, trebuie totuși să aplicăm tehnici de „corecție a erorilor” la qubiți pentru a avea încredere în rezultatele lor. O metodă majoră de corectare a erorilor aflată în cercetare astăzi este construirea unui „qubit logic.” Un qubit logic este de fapt un grup de qubiți încurcați, predispuși la erori care stochează aceeași informație în locuri diferite. Acest lucru extinde posibilele puncte de defecțiune în timp ce un calcul este în curs de desfășurare, corectând astfel erorile. În cazul în care qubiții ar fi stabilizați suficient, cu suprapunerea și încrucișarea cuantică a qubiților în loc, calculatoarele cuantice pot într-o zi să efectueze calcule într-o fracțiune din timpul de care ar avea nevoie un computer binar, precum și să rezolve ecuații complexe care sunt imposibile chiar și pentru cei de astăzi. cele mai puternice supercalculatoare.
Comentarii recente