Неофеодализм

В электронном компьютере биты хранятся в электронных устройствах, например, в конденсаторах. Конденсатор похож на ведро, в котором лежат электроны. Чтобы наполнить ведро, к конденсатору прикладывают напряжение. При нулевом напряжении конденсатор не содержит электронов. Такой конденсатор находится в состоянии 0. При подаче напряжения конденсатор заполняется лишними электронами и переходит в состояние 1.

Как всегда, любое устройство, у которого есть два надежно различаемых состояния, может хранить один бит. Некоторые биты просто хранят информацию. Другие биты являются инструкциями или командами. Функционирует ли бит как бит памяти или как бит команды, зависит от контекста, в котором он используется.

Квантовый компьютер отличается от обыкновенного компьютера. Вместо привычных битов квантовый компьютер оперирует кубитами. Что же такое кубит? Сам термин кубит (qubit) происходит от словосочетания «квантовый бит» (quantum bit). Если обычный бит может находиться в одном из двух состояний, 0 или 1, то квантовая система, такая, как атом, может находиться в двух состояниях одновременно. Покуда квантовая система изолирована от внешнего воздействия, она находится в состоянии 0 и в состоянии 1 в одно и то же время. Один изолированный кубит абсолютно бесполезен. Однако несколько связанных между собой в единую систему кубитов демонстрируют удивительные способности.

Например, три связанных в систему кубита могут хранить восемь комбинаций одновременно: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Четыре кубита хранят одновременно 16 комбинаций, пять – тридцать две комбинации и т. д.

Если кубит находится в контексте хранения данных, то его способности просто чудесны. Но еще чудесней способности кубита, который находится в контексте команды. Кубит находится в двух состояниях 0 и 1 одновременно. При этом квантовый компьютер совершает два действия одновременно, а квантовый бит памяти хранит оба полученных результата.

Но у квантового бита есть еще одна черта, которая делает квантовый компьютер уже совершенно удивительной машиной. Согласно свойству суперсимметрии квантов кубит может находиться в регистре команд и в регистре хранения данных в зависимости от того, как его регистрирует внешний наблюдатель. Не стоит упускать из вида, что кубит дискретен, но вместе с тем кубит также и непрерывен, из-за своей волновой природы. Поэтому в квантовом компьютере стирается грань между аналоговыми и цифровыми вычислениями.

Квантовый компьютер аналоговый и цифровой одновременно.

Квантовая логика такого компьютера радикально изменяет характер вычислительного процесса. Квантовый компьютер способен выполнять две операции одновременно, а квантовый кубит способен хранить одновременно результаты этих операций. Эта способность делать две вещи сразу присуща именно квантовой механике. В двухщелевом эксперименте фотон проходит через обе щели сразу. Способность фотона проходить две щели сразу связана с его волновой природой. Волновая природа квантов позволяет им интерферировать друг с другом, производя качественно новые формы и явления.

Сет Ллойд, профессор Массачусетского технологического института, так иллюстрирует суть квантового компьютера:

«Классическое вычисление похоже на сольную партию одного музыкального инструмента – отдельные строки чистых тонов. Квантовое вычисление похоже на симфонию, состоящую из множества тонов, интерферирующих друг с другом».

Когда квантовому компьютеру подают на вход суперпозицию нескольких инструкций, он начинает выполнять их одновременно. Теперь мы спросим компьютер, делающий несколько вещей сразу: что он делает? Как и с любой квантовой системой, когда мы проводим измерения в суперпозиции нескольких возможных состояний, результат измерений дает одну из потенциальных возможностей с некоторой, соответствующей этой возможности, вероятностью.

Продолжая метафору квантового компьютера как симфонии, можно сказать, что, прерывая квантовый компьютер в ходе вычислений, мы теряем звучание оркестра и слышим лишь один голос, выбранный по случаю.

То же самое случается с фотоном в двухщелевом эксперименте. Когда мы проводим измерения, чтобы выяснить, через какую щель проходит фотон, он обнаружится в одной или во второй щели, случайным образом. Если мы хотим увидеть интерференцию в эксперименте с двойной щелью, нужно подождать, когда фотоны достигнут экрана. Также и в процессе квантового вычисления не следует его прерывать. Нужно позволить всем действиям проинтерферировать друг с другом и дать новый интерферационный результат.