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

Добро пожаловать в «высший класс»! Добро пожаловать в «высший класс»!

Стоит ли хорошо оснащенный флагманский смартфон своих денег?

CHIP
Дресс-код для супергероев Дресс-код для супергероев

Спортивная одежда, в которой бьют рекорды

GQ
Как самый юный разработчик «ВКонтакте» и Иван Ургант подсадили россиян на онлайн-викторины Как самый юный разработчик «ВКонтакте» и Иван Ургант подсадили россиян на онлайн-викторины

В 14 лет Сева работал в Meduza, а в 15 присоединился к команде «ВКонтакте»

РБК
Алексей Герман Мл. Алексей Герман Мл.

Как и для чего Алексей Герман-младший снял кино про Сергея Довлатова

Maxim
Ураганная энергия Ураганная энергия

Как направить в мирное русло энергию ураганов

Популярная механика
Диана Крюгер: “Производство кино в Америке — очень большой и обезличенный процесс” Диана Крюгер: “Производство кино в Америке — очень большой и обезличенный процесс”

Диана Крюгер рассказала о том, каково это — впервые  сыграть на родном языке

Esquire
Новая волна Новая волна

Почему громких побед российских пловцов пришлось ждать 14 лет

GQ
Меж двух миров Меж двух миров

Телеведущая Первого канала отправилась в Марокко со своим любимым человеком

OK!
Буря в пустыне Буря в пустыне

Марго Робби сбежала из Голливуда в пустынную глушь, чтобы не отвлекаться от кино

Vogue
100 самых стильных 2018 – Россия 100 самых стильных 2018 – Россия

Традиционный рейтинг самых стильных людей России

GQ
Торжество цивилизации Торжество цивилизации

Иван Давыдов: Власть в стране стала более прогрессивной

СНОБ
100 самых стильных 2018 – International 100 самых стильных 2018 – International

Традиционный рейтинг самых стильных людей мира

GQ
Трижды семь Трижды семь

Сравнительный тест-драйв трех больших семиместных автомобилей

АвтоМир
Хлоя Бенджамин:Бессмертники Хлоя Бенджамин:Бессмертники

Фрагмент романа Хлои Бенджамин «Бессмертники» в переводе Марины Извековой

СНОБ
Ной на дне Ной на дне

Кто спасет бомжей от себя и от всемирного потопа

Русский репортер
Вкалывают роботы, а не человек?.. Вкалывают роботы, а не человек?..

Искусственный интеллект завоюет все пространство или у нас есть шанс?

Psychologies
Неудержимая Неудержимая

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

Maxim
Елена Брусилова Елена Брусилова

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

GQ
Дом с ярким характером Дом с ярким характером

Интерьер квартиры на Старом Арбате, где уживаются самые разные стили

Домашний Очаг
Легкий, как облачко Легкий, как облачко

Популярный десерт на твоей кухне

Лиза
Дорогие россияне! Дорогие россияне!

Мы отправили Ксению Собчак на встречу с избирателями — на хлебозавод

Tatler
Ренато, который дает людям второй шанс Ренато, который дает людям второй шанс

Ренато Грбич, 55-летний сербский ресторатор — и спасатель самоубийц

СНОБ
Флага не дали, но дали медали: как прошла Олимпиада для России Флага не дали, но дали медали: как прошла Олимпиада для России

Праздник зимнего спорта мы не хотели пропускать, и неважно, что флаг не дают

Esquire
Просим добавки! Просим добавки!

Принимаем витамины правильно

Cosmopolitan
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
Работа для патриота Работа для патриота

Как заставить государство объясниться с собственными гражданами?

СНОБ
«Ненавижу, когда говорят, что нужно беречь себя» «Ненавижу, когда говорят, что нужно беречь себя»

Максим Аверин — пример артиста, который не боится ломать стереотипы

Добрые советы
Александр Маноцков: У меня нет никакого «само», которое требует «выражения» Александр Маноцков: У меня нет никакого «само», которое требует «выражения»

Интервью с композитором Александром Маноцковым о том, что все в музыке — время

СНОБ
Пятьдесят черепах Пятьдесят черепах

История о женщине, которая спасает черепах, занесенных в Красную книгу

СНОБ
Зачем Стивен Содерберг снял “Не в себе” на айфон Зачем Стивен Содерберг снял “Не в себе” на айфон

Премьера нового фильма Стивена Содерберга, полностью снятого на айфон

Esquire
Открыть в приложении