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
Вогнал в краску Вогнал в краску

Яркий интерьер дом на Кап-Ферра

AD
Голос будущего Голос будущего

Группа компаний cyber Fund работает на блокчейне и криптовалюте

РБК
Без шума и пыли Без шума и пыли

Тестируем робот-пылесос

Домашний Очаг
Летающий автомобиль Атаманова Летающий автомобиль Атаманова

Пятиместный автомобиль, первый полет которого планируется уже в сентябре

Популярная механика
Это уже слишком! Это уже слишком!

Где, по мнению мужчин, проходит грань между сексуальностью и пошлостью?

Cosmopolitan
Сложное кино Сложное кино

Маленькая студия Lateral Summer делает фильмы в передовых форматах

РБК
Девичьи грезы Девичьи грезы

Экологичный лофт с нотками Азии

AD
Идея! Идея!

Режь как шеф-повар, добыча светящегося порошка, редкий брак

Maxim
Бессеребренники Бессеребренники

Как идеи режиссера Кирилла Серебренникова живут и без него

Esquire
Виталий Антонов: Ваш бренд используют паразиты Виталий Антонов: Ваш бренд используют паразиты

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

СНОБ
Философия жадности Философия жадности

Почему современные женщины оценивают мужчин по размеру кошелька

СНОБ
Сами с ушами Сами с ушами

Рассказываем вам о впечатлениях от Disneyland

Добрые советы
«Всегда всё делаю сам» «Всегда всё делаю сам»

Создатель музыкальной группы Pizza певец и композитор Сергей Приказчиков

OK!
«Запуганный доктор — плохой доктор». Активист медпрофсоюза об уголовном преследовании врачей «Запуганный доктор — плохой доктор». Активист медпрофсоюза об уголовном преследовании врачей

Пациенты боятся докторов, а доктора — пациентов. Можно ли исправить ситуацию?

СНОБ
Комсомольский Комсомолец Комсомольский Комсомолец

Уголок желтой прессы

Maxim
Американские герои Американские герои

Как и на чем зарабатывает российский офис The Walt Disney Company

РБК
Илья Федотов-Федоров Илья Федотов-Федоров

Художник Илья Федотов-Федоров знает ответы на многие странные вопросы

Esquire
Почему вам не удается заняться спортом: 5 причин Почему вам не удается заняться спортом: 5 причин

«Начну тренироваться с понедельника» — самая распространенная отговорка, позволяющая отсрочить занятия фитнесом. Однако понедельники проходят, и ничего не меняется. Что мешает большинству людей встать с дивана и начать заниматься?

Psychologies
“Позитивное мышление способно усугубить проблему” “Позитивное мышление способно усугубить проблему”

Разговор с гештальт-терапевтом Андреем Юдиным

Psychologies
Рижский бальзам Рижский бальзам

Дом на Рижском взморье в классическом стиле

AD
Елена Брусилова Елена Брусилова

Президент сети частных клиник «Медси» про любовь и конфликты в медицине

GQ
О чем говорить с мужчиной О чем говорить с мужчиной

Фотосессия Ростислава Хаита из «Квартета И» и его девушки Ольги Рыжковой

OK!
Кто не знает H2O Кто не знает H2O

Что же не так с водой и почему она не подходит для умывания?

Cosmopolitan
Самые странные способы обезвредить танк — танк! — в истории войн Самые странные способы обезвредить танк — танк! — в истории войн

Сабли, молотки и… кхм, навоз, например, как способ обезвредить танк

Maxim
Почему американцы так любят оружие Почему американцы так любят оружие

Колумнист «Сноба» дает исчерпывающее объяснение любви американцев к оружию

СНОБ
Евгения Кондрашина. Три последние секунды Евгения Кондрашина. Три последние секунды

О фильме "Движение вверх" и о том, как все было на самом деле

Караван историй
Катерина Мурашова: Опознать свои чувства Катерина Мурашова: Опознать свои чувства

Что отделяет эмоционального ребенка от ребенка с неврологическими проблемами?

СНОБ
«Швец, жнец, на дуде игрец». Кем работали звезды до того, как стали знаменитыми «Швец, жнец, на дуде игрец». Кем работали звезды до того, как стали знаменитыми

Актеры и музыканты, которые работали в необычных местах

СНОБ
Игры, в которые играют люди Игры, в которые играют люди

7 главных историй Олимпиады в Пхенчхане

Русский репортер
Открыть в приложении