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, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Надежная защита бесплатной не бывает Надежная защита бесплатной не бывает

Какой продукт действительно обезопасит вашу систему

CHIP
Виталий Антонов: Ваш бренд используют паразиты Виталий Антонов: Ваш бренд используют паразиты

Юрист — о том, как на репутации известных брендов наживаются конкуренты

СНОБ
Персональный «врач» у вас в кармане Персональный «врач» у вас в кармане

Новые портативные приборы помогут врачам выявлять скрытые патологии

Монокль
Опасные крайности Опасные крайности

Как найти золотую середину, без которой совместная жизнь никак не складывается

Лиза
Рузиль Минекаев: «В школе я не был крутым парнем» Рузиль Минекаев: «В школе я не был крутым парнем»

Как Рузиль Минекаев реагирует на навязчивых фанаток и почему боится славы

VOICE
Через тернии в отпуск Через тернии в отпуск

Александр Петров — о растущей популярности и своих новых ролях

Glamour
Компромисс Компромисс

Чем Nissan Teana второго поколения (J32) уступила застрельщице Camry

АвтоМир
Вогнал в краску Вогнал в краску

Яркий интерьер дом на Кап-Ферра

AD
5 технологий, которые изменят мир в 2018 году 5 технологий, которые изменят мир в 2018 году

Главные тренды по версии Массачусетского технологического института

Esquire
Кнопка о двух концах. Чем мы рискуем, нажимая «я согласен» Кнопка о двух концах. Чем мы рискуем, нажимая «я согласен»

Как крупные корпорации анализируют личные данные пользователей

СНОБ
Под крышей дома своего Под крышей дома своего

Квартира с мансардой на последнем этаже сталинского дома

AD
Неразделенные ценности Неразделенные ценности

Бельгия оказалась главным поставщиком террористов в «Исламское государство»

СНОБ
Поселок чемпионов Поселок чемпионов

Как маленький поселок стал одной из бильярдных столиц России

Огонёк
Где побывать и что посмотреть в Париже во время Недели моды Где побывать и что посмотреть в Париже во время Недели моды

4 выставки и целых 11 кафе, ресторанов и баров

Vogue
Илья Федотов-Федоров Илья Федотов-Федоров

Художник Илья Федотов-Федоров знает ответы на многие странные вопросы

Esquire
Алексей Франдетти Алексей Франдетти

Театральный режиссер Алексей Франдетти – «баловень судьбы»

Esquire
“Позитивное мышление способно усугубить проблему” “Позитивное мышление способно усугубить проблему”

Разговор с гештальт-терапевтом Андреем Юдиным

Psychologies
Игра на выживание Игра на выживание

Запрещенный фильм «Смерть Сталина» появился в западных онлайн-кинотеатрах

СНОБ
Хорошие Маннеры Хорошие Маннеры

Сказочный замок главных сестричек Англии

Tatler
Модель дома Модель дома

Удивив всех, Поппи Делевинь переехала жить на тихую окраину

Vogue
Посмотри налево Посмотри налево

Арина Холина — о том, в чем настоящий смысл измены

СНОБ
Чудные люди Чудные люди

Пять человек, чьи необычные хобби незаметно меняют жизни людей вокруг них

СНОБ
Мозаика севера Мозаика севера

Зимний пробег по Архангельской области

АвтоМир
Средство от укусов Средство от укусов

Главная нечисть Голливуда Роберт Паттинсон уходит в артхаус

GQ
Неудержимая Неудержимая

Светлана Лебедева не любит мелочиться: если уж бороться, то сразу с пятерыми

Maxim
Лучший стритстайл из Милана Лучший стритстайл из Милана

Закончилась женская Неделя моды в Милане

GQ
«Человек, который развалил СССР». Кто такой Джин Шарп и почему его называют «отцом цветных революций» «Человек, который развалил СССР». Кто такой Джин Шарп и почему его называют «отцом цветных революций»

История Джина Шарпа, политолога и идеолога ненасильственных революций

СНОБ
Токсичный рыбкагейт и ихтамнет-2 Токсичный рыбкагейт и ихтамнет-2

Словарный запас. Выпуск 45

СНОБ
Как выбрать психолога? Как выбрать психолога?

Как понять, что перед тобой профессионал? Какое направление тебе подходит?

Cosmopolitan
Московский RER Московский RER

Как развивался предшественник столичного наземного метро

Forbes
Открыть в приложении