Нужно стать шпионами и выяснить, по каким путям движутся биты
На чем у нас строится обычный компьютер? Для простого компьютера информационным кирпичиком является бит. Бит — это ответ на вопрос: да или нет. Идет ток или нет через транзистор, горит ли лампочка, единичка или нолик. Один из двух возможных вариантов. В принципе, мячик, который мы держим в руках и можем кинуть налево или направо, тоже вполне себе является битом.
А теперь представим, что у нас вместо мячика или вместо лампочек — электрон, который вращается вокруг ядра. Если электрон на нижней орбитали, будем считать, что это нолик, если на верхней — это единичка.
У нас получается точно такой же бит, только квантовый. С названием особо трудиться не стали, как слышится, так и пишется, квантовый бит — кубит.
Чтобы понять, чем кубит отличается от обычного бита, нам нужно стать шпионами и проследить, по каким путям движутся биты или мячики, или кубиты, то есть электроны. Для этого возьмем конструкцию: пушка для мячиков, перегородка с двумя щелями и щель, в которую мячики стукаются.
И тут случается магия. Картинка, на которой было много полосок, исчезает, и появляется картинка с двумя полосками, как будто электрон начал вести себя как обычный мячик.
Что же получается? Электрон каким-то образом прошел через эти две щели, но сами законы физики устроены так, что нам не суждено узнать, по какому пути он прошел
Мячик вылетает из пушки, проходит через одну из щелей и стукается в стенку. Если он пролетел через верхнюю щель — это ноль, если через нижнюю — это единица.
И если мы будем отмечать краской на стенке те места, в которые мячики попадают, у нас получатся две понятные полоски.
Заменим мячики на электроны — и увидим, что с электронами это не работает: от них полосок много, и непонятно, нолик или единичка, через какую из щелей прошел электрон.
Но мы пойдем другим путем и поставим рядом со щелями лампочку. На электронах свет рассеивается, поэтому, если электрон прошел через верхнюю щель, мы увидим маленькую вспышку света сверху, если через нижнюю — соответственно, снизу.
Если полосатая картинка исчезла, значит, мы что-то поломали, возможно, наша лампочка воздействует на электрон слишком сильно. Поэтому мы возьмем специальный источник света, который глазу уже невидим. И чем ласковее капельки света будут ударять электрон, тем менее четкая картинка у нас получится. В какой-то момент мы не сможем отличить верхнюю щель от нижней, не сможем отличить две вспышки. И (барабанная дробь) именно в этот самый момент воздействие капелек света на электрон станет достаточно маленьким, чтобы мы снова увидели полосатую картинку.
И пока мы не подсветили электрон, этой информации в нашей природе не было, она возникла только тогда, когда мы увидели вспышку. В этом и заключается отличие квантовой информации от классической. Мячик, уже когда вылетел из пушки, он знает, единичка он или нолик, к какой щели он летит, электрон – нет.