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
О чем говорить с мужчиной О чем говорить с мужчиной

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

OK!
Гиперкары небесные Гиперкары небесные

У сверхбогатых есть свой автомобильный тренд

Maxim
«Мы работаем, чтобы вы спали спокойно». Женщины о своей службе в армии «Мы работаем, чтобы вы спали спокойно». Женщины о своей службе в армии

Женщины-военнослужащие рассказали, почему пошли в армию

СНОБ
Биткоины для Донбасса: ополченец «Морячок» покупает скандальную криптобиржу Биткоины для Донбасса: ополченец «Морячок» покупает скандальную криптобиржу

Российскую биржу криптовалют Wex покупает бывший ополченец «Морячок»

РБК
100 самых стильных 2018 – International 100 самых стильных 2018 – International

Традиционный рейтинг самых стильных людей мира

GQ
Карта дня беспилотника Карта дня беспилотника

Как города России готовятся к появлению беспилотных автомобилей

Популярная механика
«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
Сердце Востока Сердце Востока

Дубай — город неограниченных возможностей

OK!
Выстрел века. 140 лет покушению Веры Засулич Выстрел века. 140 лет покушению Веры Засулич

Как одно неудачное покушение сделало политический терроризм оправданным

СНОБ
Александр Мурашев: Демоны Алекса Дубаса Александр Мурашев: Демоны Алекса Дубаса

Радиоведущий Алекс Дубас, о том, как деньги меняют людей

СНОБ
Лукашенко убивает Сталина Лукашенко убивает Сталина

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

СНОБ
Идти ли к психологу? 6 поводов для сомнений Идти ли к психологу? 6 поводов для сомнений

Психотерапия сегодня перестала быть удивительной, это почти обычное дело

Psychologies
Слой за слоем Слой за слоем

Два ингредиента – потрясающий результат!

Лиза
Царство бесчеловечности Царство бесчеловечности

О причинах возникновения и способах лечения бесчеловечности

СНОБ
Через тернии в отпуск Через тернии в отпуск

Александр Петров — о растущей популярности и своих новых ролях

Glamour
«Рассеянный склероз — болезнь цивилизации» «Рассеянный склероз — болезнь цивилизации»

Возможно ли вылечить это пока неизлечимое заболевание — рассеянный склероз

Psychologies
Борьба с выскочками Борьба с выскочками

Эксперты рассказывают, как победить акне

Glamour
Под крышей дома своего Под крышей дома своего

Квартира с мансардой на последнем этаже сталинского дома

AD
Сами с ушами Сами с ушами

Рассказываем вам о впечатлениях от Disneyland

Добрые советы
Мой дом – моя крепость Мой дом – моя крепость

Как выбрать самые надежные железные решетки для окон и не переплатить

Лиза
Что носили мужчины на этой неделе Что носили мужчины на этой неделе

Кроссовки, меховые воротники, принты и никаких смокингов

GQ
Алексей Алексенко: Попытка объяснить все непонятное разом Алексей Алексенко: Попытка объяснить все непонятное разом

Биологи связали воедино странные истории, которые не стали от этого понятнее

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

Главные тренды по версии Массачусетского технологического института

Esquire
Раздражение богов. Как прошло обсуждение фильма «Убийство священного оленя» Раздражение богов. Как прошло обсуждение фильма «Убийство священного оленя»

Что связывает этот фильм «Убийство священного оленя» и древнегреческую мифологию

СНОБ
Я не подарок Я не подарок

Можно ли сделать так, чтобы любимый научился выбирать подарки?

Добрые советы
Призрак Олимпиады: почему гостиницы в Сочи терпят убытки Призрак Олимпиады: почему гостиницы в Сочи терпят убытки

Что мешает Сочи развиваться по примеру лучших международных курортов?

Forbes
100 самых стильных 2018 – Россия 100 самых стильных 2018 – Россия

Традиционный рейтинг самых стильных людей России

GQ
43 способа сэкономить время и деньги 43 способа сэкономить время и деньги

Советы для тех, кто готовит каждый день

Домашний Очаг
Сделать из квартиры хостел Сделать из квартиры хостел

Это может быть полезно, если учесть, что хостелы в квартирах, возможно, запретят

Maxim
Открыть в приложении