Квантовая революция

В ближайшие десять лет принципиально изменится принцип работы компьютеров

CHIPHi-Tech

Квантовая революция

В следующие годы нам в буквальном смысле предстоит совершить квантовый скачок. Компьютеры будут производить вычисления, которые в настоящее время невозможны.

Единицы, нули — с самого начала своего существования, вот уже почти семьдесят лет, компьютеры производят вычисления в двоичном коде, образуя последовательность битов информации с помощью простых операторов: AND, OR, NOT. Эти простые элементы образуют сложные команды, составляя основу любого языка программирования: если условие выполняется, то нужно сделать это (IF, THEN), если нет — то (IF, ELSE). Машины выполняют программный код строго слово в слово.

А теперь представьте себе компьютер, который не только понимает нули и единицы, но и знает все вероятности того, что значение будет равно нулю или единице. Он считает не как малыш, который складывает по пальцам: 1+1=2 или 2+2=4, а как юноша, который понимает саму операцию сложения: x+y=z. Он не выполняет заданный строгий код, а сам подстраивается под поставленные задачи и по мере их выполнения выдает результаты все быстрее и точнее. При этом он самостоятельно находит такие решения, которые программистам и в голову не приходили, и адаптирует код под них. Две технические разработки поспособствуют развитию компьютеров в следующем десятилетии: нейронные сети и квантовые компьютеры.

Один бит за все цифры

В основе работ над квантовым компьютером лежит идея, известная в массовой культуре как «кот Шредингера». Этот мысленный эксперимент объясняет одно из понятий квантовой физики — суперпозицию. Если классическая физика однозначно определяет состояние элементарной частицы через ее положение и скорость, то открытия квантовой физики позволяют описывать состояние частицы только через функцию вероятности. Из смешения всех возможных состояний только в момент наблюдения — измерения — частица выбирает одно конкретное: электрон, например — состояние спина («спин вверх» или «спин вниз»). Квантовые компьютеры при вычислениях используют как раз явление суперпозиции.

Наименьшим элементом для хранения информации в квантовом компьютере является квантовый бит — кубит. Если бит принимает строго одно из двух значений — 0 или 1, то кубит представляет все вероятности получить значение 0 или 1. Огромная разница в вычислительных ресурсах между квантовым компьютером и классическим обусловлена использованием еще одного квантомеханического явления — квантовой запутанности: если два кубита оказываются взаимосвязаны, сливается их функция вероятности, которая описывает, в какие состояния они могут перейти. То есть два кубита при считывании могут получить четыре значения (00, 01, 10, 11). Чем больше совокупность запутанных между собой кубитов, тем сильнее этот эффект; он выражается формулой 2 в степени N, где N — количество запутанных кубитов. То есть 10 кубитов содержат 1024 вероятных значения, а 50 кубитов представляют более квадриллиона различных состояний.

Всевластье кубитов. В основе гигантских вычислительных мощностей кубитов лежат два квантомеханических эффекта: суперпозиция и запутанность. Суперпозиция: классический компьютер производит вычисления с битами (значение 0 или 1). Квантовый компьютер производит вычисления с помощью кубитов, которые представляют определенную вероятность получения двух состояний: 0 и 1
Запутанность: несколько кубитов можно объединить в одно общее состояние. Три кубита представляют разные вероятности получить восемь комбинаций из трех битов. Это значит, что N кубитов могут одновременно обрабатывать 2 в степени N значения. Для системы из 50 кубитов это число составляет более квадриллиона значений

Оборудование почти при нуле

Чтобы построить полноценный квантовый компьютер, предстоит преодолеть некоторые серьезные препятствия. Явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности могут занимать какие-то микросекунды. Компьютер может производить вычисления в течение этого промежутка времени, причем при условии, что кубиты изолированы от внешнего воздействия. В роли кубитов ученые пробовали разные частицы, в том числе ионы, фотоны, электроны. Квантовые компьютеры IBM и Google построены на цепи из сверхпроводников, находящейся при температуре, близкой к абсолютному нулю, — так можно реализовать электрический ток, который потенциально проходит одновременно в обоих направлениях, то есть находится в суперпозиции состояний. Кубиты этих компьютеров управляются, объединяются и считываются с помощью микроволнового излучения.

Авторизуйтесь и читайте статьи из популярных журналов

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

От вещи к вещи От вещи к вещи

Проблемы интернета вещей только начинаются

CHIP, июнь'18
Ближе к телу Ближе к телу

Новая пассия Бена Аффлека, американская модель Шона Секстон

Playboy, август'19
Модель дома Модель дома

Удивив всех, Поппи Делевинь переехала жить на тихую окраину

Vogue, март'18
Там любые дороги дороги Там любые дороги дороги

Автопробег по Исландии на обновленных Nissan Qashqai и X-Trail

Men’s Health, март'18
Стамбул: Европа и Азия Стамбул: Европа и Азия

Крупнейший город страны, успевший побывать столицей трех империй

АвтоМир, февраль'18
Мозаика севера Мозаика севера

Зимний пробег по Архангельской области

АвтоМир, февраль'18
Мама-Америка Мама-Америка

Полина Гудиева — о нашумевшей премии, разнице в менталитете и раннем взрослении

L’Officiel, март'18
Гиперкары небесные Гиперкары небесные

У сверхбогатых есть свой автомобильный тренд

Maxim, март'18
Землянам, до востребования Землянам, до востребования

Солнечную систему посетил объект, прилетевший к нам от другой звезды

Популярная механика, март'18
Селективное восприятие Селективное восприятие

Как сделать интерьер спальни менее скучным

AD, март'18
Морской пастух спешит на помощь Морской пастух спешит на помощь

Как спасти тунца от бесконтрольного вылова

National Geographic, февраль'18
Холст, масло Холст, масло

Художник Григорий Масленников, его мебель, панно и философия

AD, март'18
С видом на горы С видом на горы

Отдых на водах в швейцарском Бад-Рагаце облюбовала еще русская аристократия

Vogue, март'18
Матросская вышина Матросская вышина

Илья Лагутенко – о морях, кораблях, новом альбоме и Центробанке

Esquire, март'18
Где царствует природа Где царствует природа

Архипелаг, знаменитый самым большим в мире числом овец на душу населения

National Geographic, февраль'18
Комментарии излишни Комментарии излишни

Как к тебе относится мужчина, можно понять по его «лайкам» и сообщениям

Лиза, февраль'18
Слиться с бобом Слиться с бобом

О чем думают спортсмены перед олимпийским стартом в Корее

Русский репортер, февраль'18
Каталония Каталония

Здесь можно найти больше интересного и прекрасного, чем просто море и песок

АвтоМир, февраль'18
Нина Гарсиа Нина Гарсиа

Интервью с главным редактором американского ELLE и звездой шоу «Проект Подиум»

Elle, март'18
Дресс-код для супергероев Дресс-код для супергероев

Спортивная одежда, в которой бьют рекорды

GQ, март'18
Добро пожаловать в «высший класс»! Добро пожаловать в «высший класс»!

Стоит ли хорошо оснащенный флагманский смартфон своих денег?

CHIP, март'18
Mасленичный фототур 2018: как это было Mасленичный фототур 2018: как это было

С 16 по 18 февраля мы отправились провожать зиму

National Geographic, февраль'18
Паровое наследие Паровое наследие

Накануне китайского нового года самое время приготовить пельмени с креветками

Огонёк, февраль'18
Не такие, как мальчики? Не такие, как мальчики?

Как воспитать девочку, советуют психологи

Домашний Очаг, март'18
Компромисс Компромисс

Чем Nissan Teana второго поколения (J32) уступила застрельщице Camry

АвтоМир, февраль'18
Алексей Миранчук Алексей Миранчук

Новая надежда российского футбола

Esquire, март'18
Как перекусывать, чтобы не набирать вес Как перекусывать, чтобы не набирать вес

В нашем сознании перекус часто ассоциируется с вредной привычкой, однозначно ведущей к появлению лишних килограммов. Между тем диетологи совершенно не против пары перекусов в течение дня. Важно лишь соблюдать несколько правил.

Psychologies, февраль'18
Такой Алькой Такой Алькой

Если планируешь путешествие на восток Испании, обязательно заскочи в Алькой

Cosmopolitan, март'18
50 самых стильных мужчин России в 2018 году 50 самых стильных мужчин России в 2018 году

За этой половиной списка 100 стильных мы наблюдаем с особенной гордостью

GQ, февраль'18
Я завидую Я завидую

Тех, кому это чувство знакомо, куда больше, чем тех, кто в этом признается

Psychologies, март'18