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
Слой за слоем Слой за слоем

Два ингредиента – потрясающий результат!

Лиза
Балетные страсти Балетные страсти

Слабость к балеринам питал ещё император Николай I

Дилетант
Анатомия потехи Анатомия потехи

Откуда берется чувство юмора и есть ли от него прок

Maxim
Елена Брусилова Елена Брусилова

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

GQ
Toyota Land Cruiser Prado. Крепкий орешек Toyota Land Cruiser Prado. Крепкий орешек

За что переплачиваем? И переплачиваем ли?

АвтоМир
Секс, наркотики, экзистенциализм Секс, наркотики, экзистенциализм

Жан-Поль Сартр – не такой философ, как все

Maxim
Куда исчезли мужчины Куда исчезли мужчины

Почему женщинам так сложно найти мужчину своей мечты?

СНОБ
Шпионские тайны нейронов Шпионские тайны нейронов

Научные работы принесли очередную новость из жизни мозга, которая все запутала

СНОБ
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
Дочка отсчета Дочка отсчета

Что делать, если вы так и не смогли вырваться из-под маминого влияния

Добрые советы
Работа для патриота Работа для патриота

Как заставить государство объясниться с собственными гражданами?

СНОБ
Татьяна Краснова: У нас так не принято Татьяна Краснова: У нас так не принято

Стыд за свое отечество как важная составляющая воспитания патриотизма

СНОБ
Я завидую Я завидую

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

Psychologies
С закрытыми глазами С закрытыми глазами

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

Добрые советы
Можно хотя бы помечтать?! Можно хотя бы помечтать?!

Наше прошлое и унаследованные убеждения слишком часто мешают двигаться вперед

Psychologies
Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение

Дом – это не только крепость, но и лекарство!

Лиза
«Говорили, что я ничтожество и слабак». Истории людей, которые занимаются самоповреждением «Говорили, что я ничтожество и слабак». Истории людей, которые занимаются самоповреждением

Истории людей, которые занимаются селф-хармом

СНОБ

Сеанс психотерапии для читателя

Psychologies
И это все о НЕЙ И это все о НЕЙ

Борис Шапиро напоминает о нескольких особенностях женской психики

Psychologies
Поселок старых большевиков Поселок старых большевиков

Адвокат Добровинский вспомнил, что были у него в Париже политические убеждения

Tatler
Гиперкары небесные Гиперкары небесные

У сверхбогатых есть свой автомобильный тренд

Maxim
Сила характера Сила характера

Анастасия Задорина отвечает за олимпийскую экипировку команды России

OK!
Дресс-код для супергероев Дресс-код для супергероев

Спортивная одежда, в которой бьют рекорды

GQ
Почему американцы так любят оружие Почему американцы так любят оружие

Колумнист «Сноба» дает исчерпывающее объяснение любви американцев к оружию

СНОБ
Припасть к источнику Припасть к источнику

Минеральные воды грязи, рапа... За ними необязательно ехать на Мертвое море

Лиза
Поймай его, если сможешь Поймай его, если сможешь

Интервью с героем нового сезона шоу «Холостяк» Егором Кридом

Glamour
Алексей Франдетти Алексей Франдетти

Театральный режиссер Алексей Франдетти – «баловень судьбы»

Esquire
Интеллект для самолета Интеллект для самолета

Многофункциональная боевая машина следующего поколения

Популярная механика
«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
Открыть в приложении