Alles, was wir als Menschen seit Hunderttausenden von Jahren als Werkzeug hatten, waren Stöcke, Steine und unser Gehirn…. und schließlich Feuer. Das wohl größte Werkzeug, das wir je erfunden haben, ist jedoch der Computer. In der winzigen Zeitspanne von Mitte des 20. Jahrhunderts bis heute sind wir in einen Bereich des exponentiellen Fortschritts eingetreten, da sich die Rechenleistung alle paar Jahre etwa verdoppelt. Diese Regel, bekannt als Moore’s Law, stößt jedoch an ihre Grenzen, da Computerteile immer näher an die atomare Größe rücken.

Computer sind im Wesentlichen eine Sammlung von einfachen Teilen, die jeweils Verantwortlichkeiten definiert haben: Speicherspeicherung, Datenverarbeitung über Logik und Mathematik und eine Möglichkeit, all dies durch Anweisungen zu steuern. Ein Computerchip ist eines der elementarsten Bauteile. Jedes hat verschiedene Module, die jeweils etwas Bestimmtes tun, und jedes Modul hat Logikgatter, die aus Transistoren bestehen. Transistoren sind die 0 oder 1 „Bits“, ein oder aus. Eine Reihe von Transistoren bilden die Logikgatter, die Kombinationen ermöglichen, die fortgeschrittenere Operationen wie Multiplikation und Division ermöglichen. Mit vielen davon kannst du eine Menge Informationen berechnen, was uns derzeit wichtige Arbeiten wie Wissenschaft und……. Videospiele ermöglicht!

Transistoren können auch als Schalter betrachtet werden, die den Elektronenfluss ein- oder ausschalten. Auf dieser Ebene, und wenn die Transistoren immer kleiner werden, nähern wir uns den winzigen Skalen, die die Quantenphysik vorschreibt. Im Moment kann ein Transistor etwa 40 Nanometer oder kleiner sein, fast 500x kleiner als eine durchschnittliche Zelle in Ihrem Körper.

Im Wesentlichen arbeiten Transistoren fast im Bereich eines Atoms. Auf dieser Ebene müssen die Elektronen nicht mehr fließen – sie können sich einfach durch „Quanten-Tunneling“ bewegen.

Um also die Vorteile der Physik auf Quantenebene zu nutzen, stellen wir Quantencomputer her. Anstatt Bits als unsere kleinste Informationseinheit zu verwenden, haben wir jetzt Qubits. So wie Bits 2 Zustände haben, repräsentieren Qubits auch nur 2 Zustände, aber sie können mit JEDER physikalischen Eigenschaft eines Atoms wie dem Spin oder Magnetfeld eines Teilchens oder der horizontal/vertikalen Polarisation eingestellt werden. Darüber hinaus müssen die Zustände in der Quantenphysik nicht nur ein- oder ausgeschaltet sein / ja oder nein – sie können auch die Vorteile der „Überlagerung“ nutzen, einer Quanteneigenschaft, die es einem Teilchen ermöglicht, sich in jeder Kombination oder jedem Verhältnis dieser Zustände zu befinden. Das ist so etwas wie das Schrodinger’s Cat Beispiel. Das Partikel kann alles sein, aber wenn man es tatsächlich testet oder beobachtet, ist es nur EINER. Wenn Sie das Partikel also nicht beobachten, kann es sowohl teilweise vertikal als auch horizontal polarisiert sein, aber wenn Sie es überprüfen, zeigt es Ihnen nur einen dieser Zustände.

Was Überlagerung wirklich bedeutet, ist, dass wir jetzt eine drastisch erhöhte Anzahl von möglichen Kombinationen haben. Im regulären Computing ergeben 4 Bits 16 mögliche Kombinationen, aber nur eine davon kann verwendet werden. Allerdings können 4 Qubits tatsächlich ALLE 16 dieser Werte auf einmal speichern. Unser Problem der begrenzten Kapazität ist nicht mehr so sehr ein Problem.