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

Технотренды 2018 Технотренды 2018

От «умной» кухни до электромобиля: какие новинки ждут нас в 2018 году

CHIP
“Позитивное мышление способно усугубить проблему” “Позитивное мышление способно усугубить проблему”

Разговор с гештальт-терапевтом Андреем Юдиным

Psychologies
Перекресток 2.0: Музыка и искусственный интеллект Перекресток 2.0: Музыка и искусственный интеллект

Как искусственный интеллект повлияет на развитие мировой музыки?

Playboy
Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение

Дом – это не только крепость, но и лекарство!

Лиза
Актер как бренд Актер как бренд

Как Александр Петров превращает свое имя в торговую марку

РБК
Почему американцы так любят оружие Почему американцы так любят оружие

Колумнист «Сноба» дает исчерпывающее объяснение любви американцев к оружию

СНОБ
Одна на всех Романовых Одна на всех Романовых

Матильда Кшесинская прожила долгую и счастливую жизнь

Дилетант
У народа этот праздник не отобрать У народа этот праздник не отобрать

Почему «мужской праздник» навсегда останется с нами

СНОБ
Торжество цивилизации Торжество цивилизации

Иван Давыдов: Власть в стране стала более прогрессивной

СНОБ
Опасные крайности Опасные крайности

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

Лиза
Когда сестра не нужна Когда сестра не нужна

История о близнецах, которые выросли и поменялись ролями

СНОБ
Гиперкары небесные Гиперкары небесные

У сверхбогатых есть свой автомобильный тренд

Maxim
Илья Федотов-Федоров Илья Федотов-Федоров

Художник Илья Федотов-Федоров знает ответы на многие странные вопросы

Esquire
С закрытыми глазами С закрытыми глазами

Почему мы не можем жить без сна и умеет ли сова превращаться в жаворонка?

Добрые советы
Философия жадности Философия жадности

Почему современные женщины оценивают мужчин по размеру кошелька

СНОБ
Илья Демуцкий Илья Демуцкий

Композитор, за которым скандалы ходят по пятам

Esquire
Дежурные по планете Дежурные по планете

Как энтузиасты из разных стран заботятся об окружающей среде

СНОБ
Вот так стена! Вот так стена!

Необычное оформление стен детской

Лиза
«Мне пришлось переехать в другой город». Три истории о порномести «Мне пришлось переехать в другой город». Три истории о порномести

Пострадавшие от порномести рассказали о ее последствиях

СНОБ
«Я девушка, которая бегает с мачете в руках по Амазонии» «Я девушка, которая бегает с мачете в руках по Амазонии»

Телеведущая Регина Тодоренко решила начать с чистого листа

OK!
Двое и больше: многоплодная беременность Двое и больше: многоплодная беременность

В чем особенности многоплодной беременности?

9 месяцев
Четыре комнаты Четыре комнаты

Четыре новых отеля, приглашающих окунуться в жизнь мегаполисов Европы и Азии

AD
Городские истории Городские истории

Московская квартира в духе современной городской классики

AD
Новых мигрантов невозможно интегрировать старыми средствами Новых мигрантов невозможно интегрировать старыми средствами

Почему Рахмат Акилов решил отомстить стране, принимающей беженцев

СНОБ
Холст, масло Холст, масло

Художник Григорий Масленников, его мебель, панно и философия

AD
Катерина Мурашова: Опознать свои чувства Катерина Мурашова: Опознать свои чувства

Что отделяет эмоционального ребенка от ребенка с неврологическими проблемами?

СНОБ
Чудные люди Чудные люди

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

СНОБ
Лукашенко убивает Сталина Лукашенко убивает Сталина

Колумнист «Сноба» рассуждает о судьбе кинопроката в России и Белоруссии

СНОБ
Заварить кашу Заварить кашу

Диетологи называют ее «царицей круп», и мы можем с ними только согласиться

Добрые советы
Женщина сегодня Женщина сегодня

Как изменилась женщина за 100 лет

Домашний Очаг
Открыть в приложении