Я провел исследование в области квантовых вычислений, и вот, что я надеюсь, это информированный ответ.
Часто говорят, что кубиты, как вы их видите в квантовом компьютере, могут существовать в «суперпозиции»0 и 1. Это правда, но более тонким способом, чем вы могли бы сначала догадаться.Даже в классическом компьютере со случайностью бит может существовать в суперпозиции 0 и 1 в том смысле, что он равен 0 с некоторой вероятностью и 1 с некоторой вероятностью.Точно так же, как когда вы бросаете кубик и не смотрите на результат или не получаете письмо, которое вы еще не прочитали, вы можете рассматривать его состояние как суперпозицию возможностей.Теперь, это может звучать как просто флим-флам, но факт в том, что этот тип суперпозиции является своего рода параллелизмом, и что алгоритмы, которые используют его, могут быть быстрее, чем другие алгоритмы.Это называется рандомизированным вычислением, и вместо суперпозиции вы можете сказать, что бит находится в вероятностном состоянии.
Разница между этим и кубитом заключается в том, что у кубита может быть полный набор возможных суперпозиций с большим количеством свойств.,Множество вероятностных состояний обычного бита является отрезком, потому что все вероятности равны 0 или 1. Множество состояний кубита представляет собой круглый трехмерный шар.Теперь вероятностные битовые строки являются более сложными и более интересными, чем просто отдельные вероятностные биты, и то же самое относится и к последовательностям кубитов.Если вы можете создавать кубиты, как это, то на самом деле некоторые вычислительные задачи не будут проще, чем раньше, так же как рандомизированные алгоритмы не помогают со всеми проблемами.Но у некоторых вычислительных задач, например, факторинга чисел, есть новые квантовые алгоритмы, которые намного быстрее, чем любой известный классический алгоритм.Это не вопрос тактовой частоты или закона Мура, потому что первые полезные кубиты могут быть довольно медленными и дорогими.Это только своего рода параллельные вычисления, так же как алгоритм, который делает случайные выборы, только в слабом смысле делает все выборы параллельными.Но это «рандомизированные алгоритмы на стероидах»;Это мое любимое резюме для посторонних.
Теперь плохие новости.Для того, чтобы классический бит находился в суперпозиции, это должен быть случайный выбор, который является тайным от вас.Как только вы смотрите перевернутую монету, монета «сваливается» либо на головы наверняка, либо на хвосты наверняка.Разница между этим и кубитом заключается в том, что для того, чтобы кубит работал как один, его состояние должно быть секретным для остальной части физической вселенной, а не только для вас.Он должен быть секретным от воздушных лучей, от соседних атомов и т. Д. С другой стороны, чтобы кубиты были полезны для квантового компьютера, должен быть способ манипулировать ими, сохраняя их состояние в секрете.В противном случае его квантовая случайность или квантовая когерентность разрушена.Сделать кубиты совсем не просто, но это делается регулярно.Создание кубитов, которыми вы можете манипулировать с помощью квантовых врат, не раскрывая, что находится в них в физической среде, невероятно сложно.
Люди не знают, как это сделать, за исключением очень ограниченных демонстраций игрушек.Но если бы они могли сделать это достаточно хорошо, чтобы сделать квантовые компьютеры, то некоторые сложные вычислительные проблемы были бы намного проще для этих компьютеров.Другим совсем не будет легче, и многое неизвестно о том, какие из них можно ускорить и на сколько.Это определенно будет иметь различные эффекты на криптографию;это сломало бы широко используемые формы криптографии с открытым ключом.Но были предложены другие виды криптографии с открытым ключом, которые могут быть в порядке.Кроме того, квантовые вычисления связаны с техникой распределения квантовых ключей, которая выглядит очень безопасной, и криптография с секретным ключом почти наверняка все еще будет довольно безопасной.