Ich habe Forschung in Quantencomputing getan, und hier ist, was ich hoffe, ist eine fundierte Antwort.
Es wird oft gesagt, dass Qubits, wie Sie sie in einem Quantencomputer sehen, in einer "Superposition" von 0 und 1 existieren können. Das ist wahr, aber auf eine subtilere Art als Sie zuerst vermuten würden. Selbst bei einem klassischen Computer mit Zufälligkeit kann ein Bit in einer Superposition von 0 und 1 existieren, in dem Sinne, dass es mit einer Wahrscheinlichkeit von 0 und mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 ist. Genau wie wenn Sie einen Würfel werfen und nicht auf das Ergebnis schauen oder E-Mails empfangen, die Sie noch nicht gelesen haben, können Sie seinen Zustand als eine Überlagerung der Möglichkeiten betrachten. Nun, das hört sich vielleicht einfach flim-flam an, aber Tatsache ist, dass diese Art der Superposition eine Art Parallelismus ist und dass Algorithmen, die davon Gebrauch machen, schneller sein können als andere Algorithmen. Es wird randomisierte Berechnung genannt, und anstelle der Überlagerung können Sie sagen, dass das Bit in einem probabilistischen Zustand ist.
Der Unterschied zwischen diesem und einem Qubit ist, dass ein Qubit eine Fettmenge möglicher Überlagerungen mit mehr Eigenschaften haben kann. Die Menge der probabilistischen Zustände eines gewöhnlichen Bits ist ein Liniensegment, weil alle eine Wahrscheinlichkeit von 0 oder 1 haben.Die Menge der Zustände eines Qubits ist eine runde 3-dimensionale Kugel. Nun sind probabilistische Bitstrings komplizierter und interessanter als nur einzelne probabilistische Bits, und dasselbe gilt für Strings von Qubits. Wenn Sie Qubits so machen können, dann wären einige Rechenaufgaben nicht einfacher als vorher, genauso wie randomisierte Algorithmen nicht bei allen Problemen helfen. Aber einige Berechnungsprobleme, zum Beispiel Factoring-Zahlen, haben neue Quantenalgorithmen, die viel schneller sind als jeder bekannte klassische Algorithmus. Es ist keine Frage der Taktgeschwindigkeit oder des Mooreschen Gesetzes, denn die ersten nützlichen Qubits könnten ziemlich langsam und teuer sein. Es ist nur eine Art von paralleler Berechnung, genauso wie ein Algorithmus, der zufällige Entscheidungen trifft, nur in einem schwachen Sinn ist, der alle Entscheidungen parallel macht. Aber es sind "randomisierte Algorithmen für Steroide"; das ist meine Lieblingszusammenfassung für Außenstehende.
Jetzt die schlechten Nachrichten. Damit ein klassisches Bit in einer Superposition ist, ist es eine zufällige Wahl, die vor dir geheim ist. Sobald Sie eine umgedrehte Münze betrachten, "kollabiert" die Münze sicher zu beiden Köpfen für sicher oder Schwänze. Der Unterschied zwischen diesem und einem Qubit besteht darin, dass ein Qubit, um als ein einziger arbeiten zu können, vor dem Rest des physikalischen Universums geheim sein muss, nicht nur vor dir. Es muss geheim vor Luftwirbeln sein, vor nahen Atomen usw. Andererseits müssen Qubits, um für einen Quantencomputer nützlich zu sein, eine Möglichkeit haben, sie zu manipulieren, während sie ihren Zustand geheim halten. Andernfalls wird seine Quantenzufälligkeit oder Quantenkohärenz zerstört. Qubits zu machen ist nicht einfach, aber es wird routinemäßig gemacht. Es ist unglaublich schwierig, Qubits zu erstellen, die man mit Quantengattern manipulieren kann, ohne zu enthüllen, was sich in ihnen in der physischen Umgebung befindet.
Die Leute wissen nicht, wie man das macht, außer in sehr begrenzten Spielzeugdemonstrationen. Aber wenn sie es gut genug machen könnten, um Quantencomputer zu machen, wären einige harte Rechenprobleme für diese Computer viel einfacher. Andere wären gar nicht einfacher, und vieles ist unbekannt darüber, welche beschleunigt werden können und um wie viel. Es hätte definitiv verschiedene Auswirkungen auf die Kryptographie; es würde die weit verbreiteten Formen der Kryptographie mit öffentlichem Schlüssel durchbrechen. Es wurden jedoch andere Arten von Kryptographie mit öffentlichem Schlüssel vorgeschlagen, die in Ordnung sein könnten. Darüber hinaus steht das Quantenrechnen mit der Quantenschlüsselverteilungstechnik in Verbindung, die sehr sicher aussieht, und die Kryptographie mit geheimen Schlüsseln wäre mit ziemlicher Sicherheit ziemlich sicher.
vielleicht eines Tages ein "Quanten Internet" würde die Fähigkeit von einem Ort physische Objekte zu einem anderen zu teleportieren haben? –
@Frank: Nun, wer weiß, aber das ist ein völlig anderes Thema als Quantencomputer. –
Auch hier ist eine ähnliche Frage auf SU, die ich kürzlich beantwortet habe (ich könnte die gleiche Antwort hier geben, aber ich denke, ein Link ist effizienter): http://superuser.com/questions/156705/what-is-a-quantum -Prozessor –