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
«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
Робот вместо отдела кадров Робот вместо отдела кадров

Цифровая эпоха переворачивает представление о рабочих буднях

CHIP
Каталония Каталония

Здесь можно найти больше интересного и прекрасного, чем просто море и песок

АвтоМир
Секс по телефону Секс по телефону

Феминистка, интеллектуалка и звезда кино для взрослых, известная как Стоя

GQ
Битва городов Битва городов

Где же все-таки лучше и дешевле отдыхать?

Лиза
Ураганная энергия Ураганная энергия

Как направить в мирное русло энергию ураганов

Популярная механика
Смутный день календаря Смутный день календаря

Почему создание революционной армии отмечают сейчас

СНОБ
Взять высоту Взять высоту

7 горнолыжных курортов за границей с демократичными ценами

Лиза
Станислав Сажин Станислав Сажин

Станислав Сажин – генеральный директор соцсети для врачей «Доктор на работе»

Esquire
Работа для патриота Работа для патриота

Как заставить государство объясниться с собственными гражданами?

СНОБ
Опасные крайности Опасные крайности

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

Лиза
Лукашенко убивает Сталина Лукашенко убивает Сталина

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

СНОБ
«Небоевые потери». От чего умирают солдаты элитной российской дивизии «Небоевые потери». От чего умирают солдаты элитной российской дивизии

В прошлом году в Кантемировской дивизии погибли четыре военнослужащих

СНОБ
Как научиться понимать искусство и самого себя Как научиться понимать искусство и самого себя

Искусство — это образное отражение реальности, эдакое закодированное сообщение, которое нам нужно расшифровать. С ним мы сможем иначе смотреть на окружающий мир, стать эмоционально более зрелым человеком и расширить свой кругозор.

Psychologies
Выстрел века. 140 лет покушению Веры Засулич Выстрел века. 140 лет покушению Веры Засулич

Как одно неудачное покушение сделало политический терроризм оправданным

СНОБ
Двое и больше: многоплодная беременность Двое и больше: многоплодная беременность

В чем особенности многоплодной беременности?

9 месяцев
Снежные кошки Снежные кошки

Окажутся ли занесенные снегом обледеневшие дороги по зубам Jaguar

АвтоМир
С видом на горы С видом на горы

Отдых на водах в швейцарском Бад-Рагаце облюбовала еще русская аристократия

Vogue
Торжество цивилизации Торжество цивилизации

Иван Давыдов: Власть в стране стала более прогрессивной

СНОБ
Новых мигрантов невозможно интегрировать старыми средствами Новых мигрантов невозможно интегрировать старыми средствами

Почему Рахмат Акилов решил отомстить стране, принимающей беженцев

СНОБ
«Если бы мы жили на острове, мы были бы счастливы» «Если бы мы жили на острове, мы были бы счастливы»

Агния Дитковските и Алексей Чадов — о своих отношениях и общем сыне Фёдоре

OK!
Через тернии в отпуск Через тернии в отпуск

Александр Петров — о растущей популярности и своих новых ролях

Glamour
Неделя моды в Милане: ваш путеводитель по коллекциям осень-зима 2018 Неделя моды в Милане: ваш путеводитель по коллекциям осень-зима 2018

О влиянии ошеломительного успеха Gucci на другие классические Дома моды

Vogue
Виталий Антонов: Ваш бренд используют паразиты Виталий Антонов: Ваш бренд используют паразиты

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

СНОБ
Семен Слепаков: Иногда я чувствую себя грустным неприкаянным слоном Семен Слепаков: Иногда я чувствую себя грустным неприкаянным слоном

Интервью с Семеном Слепаковым о том, кто такой герой нашего времени

СНОБ
Обнять и плакать Обнять и плакать

Ксения Собчак о мужском эго, которое мешает ей стать президентом

GQ
“Позитивное мышление способно усугубить проблему” “Позитивное мышление способно усугубить проблему”

Разговор с гештальт-терапевтом Андреем Юдиным

Psychologies
Audi RS5 Audi RS5

Легкость купе в повседневной жизни не затмевает его истинного предназначения

Quattroruote
Высокие идеи Высокие идеи

Хранение «под потолком» по-прежнему актуально

Лиза
Открыть в приложении