Если кубит может быть 1 или 0 и вернет и то, и другое — как мы можем на него полагаться?

Один кубит так же полезен, как один классический бит в обычном компьютере. Вы можете сделать только три вещи с классическим битом:

1. Запишите в него значение, например 1.
2. Прочитайте это значение, все еще 1.
3. Переверните его, теперь это 0 (ух! вычисление!)

Мощь компьютера заключается в использовании большого количества битов, что позволяет хранить различные типы данных, когда кто-то выясняет, как кодировать данные (текст, числа, изображения, звуки и т. д.) в битах. Это также позволяет более сложные манипуляции с данными, поскольку изменения в одном наборе битов могут зависеть от состояния других битов.

Точно так же есть три вещи, которые вы можете сделать с одним кубитом:

1. Запишите к нему амплитуду:$a\left|0\right> + b\left|1\right>$где$a$и$b$комплексные числа и$|a|^2 + |b|^2 = 1$.$\left|0\right>$и$\left|1\right>$являются метками для простейших состояний кубита.
2. Прочтите это: получите 0 с вероятностью$|a|^2$и 1 с вероятностью$|b|^2$(отсюда сумма, равная 1 на шаге 1.).
3. Поверните его: преобразуйте числа$a$и$b$в новые значения, все еще удовлетворяя шагу 1.

Вот лучшее объяснение этой установки со щенками от физика Калифорнийского технологического института Шона Кэрролла .

Комикс « Субботние утренние хлопья для завтрака», на который Эмилио ссылается в комментариях к вопросу, представляет собой великолепное непрофессиональное описание того, что происходит (как и должно быть; он был написан в соавторстве со Скоттом Ааронсоном, ученым-компьютерщиком из Техасского университета в Остине).который специализируется на квантовых компьютерах). Как только ваша вычислительная задача закодирована в кубитах, вы можете выполнить с кубитами операцию, не имеющую аналога в классических битовых вычислениях: интерференцию. Эта операция берет набор кубитов, представляющих возможные решения проблемы, и при правильном кодировании заставляет возможности, соответствующие неправильным ответам, уравновешиваться, что приводит к почти нулевой амплитуде, оставляя только правильные ответы для обнаружения. Иными словами, правильно настроенное квантовое вычисление вызывает деструктивную интерференцию неправильных ответов, а конструктивную интерференцию правильных ответов.

Результат по-прежнему является вероятностным, поэтому все еще можно получить неправильный ответ. Но тщательно спроектированный квантовый компьютер может дать правильный ответ с вероятностью 99,99...%. Запуск вычислений несколько раз и получение ответа большинства может сделать вероятность неправильного ответа сколь угодно малой.

Квантовые компьютеры не получают свою скорость от «параллельного использования всех возможностей». По-прежнему требуется обработка для кодирования задачи и пространства решения в кубиты и выполнения необходимых преобразований. На самом деле, исходя из наших текущих знаний о квантовых компьютерах, существует лишь несколько задач, которые квантовые компьютеры решают значительно быстрее, чем классические компьютеры — алгоритм Шора для факторизации чисел является самым известным — и каждая задача требует уникальной настройки. Насколько нам известно, не существует универсальных квантовых компьютеров, способных решать все задачи быстрее, чем обычный компьютер.

Чтобы ответить на ваш конкретный вопрос, кубиты предназначены только для обработки данных с помощью специальных алгоритмов. Думайте об этом как об особом виде оперативной памяти, а не о жестком диске. Хранить данные лучше всего с помощью классических битов.