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
Этнографический музей Этнографический музей

Уровень этники в интерьере зависит только от вас

AD
Хроника одного переворота Хроника одного переворота

Захватить власть в стране осенью 1917 года мог кто угодно

Дилетант
Землянам, до востребования Землянам, до востребования

Солнечную систему посетил объект, прилетевший к нам от другой звезды

Популярная механика
Летающий автомобиль Атаманова Летающий автомобиль Атаманова

Пятиместный автомобиль, первый полет которого планируется уже в сентябре

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
Кулинары всех стран Кулинары всех стран

Как устроен кластер этнических ресторанов при РУДН

РБК
С закрытыми глазами С закрытыми глазами

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

Добрые советы
Союз нерушимый Союз нерушимый

Программист из Белоруссии создал совместное предприятие с «1С»

Forbes
Игры Игры

Как «сундуки» с артефактами рассорили геймеров с игровыми студиями

РБК
Интеллект для самолета Интеллект для самолета

Многофункциональная боевая машина следующего поколения

Популярная механика
Припасть к источнику Припасть к источнику

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

Лиза
“Позитивное мышление способно усугубить проблему” “Позитивное мышление способно усугубить проблему”

Разговор с гештальт-терапевтом Андреем Юдиным

Psychologies
Без границ Без границ

Прекрасная актриса Аглая Тарасова, которая стала известной благодаря сериалам

OK!
Саша Щипин: Рожки да ножки Саша Щипин: Рожки да ножки

В «Убийстве священного оленя» Йоргоса Лантимоса герои теряют все человеческое

СНОБ
Сила характера Сила характера

Анастасия Задорина отвечает за олимпийскую экипировку команды России

OK!
Заварить кашу Заварить кашу

Диетологи называют ее «царицей круп», и мы можем с ними только согласиться

Добрые советы
Пятьдесят черепах Пятьдесят черепах

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

СНОБ
Шпионские тайны нейронов Шпионские тайны нейронов

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

СНОБ
Под крышей дома своего Под крышей дома своего

Квартира с мансардой на последнем этаже сталинского дома

AD
Не житье, а масленица! Не житье, а масленица!

Где отметить праздник весело и вкусно?

Лиза
Что ожидать от Недели моды в Париже осень-зима 2018 Что ожидать от Недели моды в Париже осень-зима 2018

Рассказываем, за кем следить и какие события точно нельзя пропустить

Vogue
Стоит быть аккуратнее Стоит быть аккуратнее

Что упустили и те, кто осудил российского актера, и те, кто его поддержал

СНОБ
Анна Алексеева: Забытый зажим, неправильный диагноз. 5 историй о врачебных ошибках Анна Алексеева: Забытый зажим, неправильный диагноз. 5 историй о врачебных ошибках

Истории об ошибочных действиях медиков, которые стоили пациентам здоровья

СНОБ
Битва городов Битва городов

Где же все-таки лучше и дешевле отдыхать?

Лиза
Картинки с выставки Картинки с выставки

Квартира в Санкт-Петербурге с комнатами-достопримечательностями Северной столицы

AD
Пошли по головам Пошли по головам

Скрабы и лосьоны, BB- и ночные кремы, маски и масла – уход за волосами все больше походит на ритуалы для лица. Что это – благо для наших голов или желание брендов побольше заработать?

Psychologies
Почему мы не умеем просить... и как научиться этому Почему мы не умеем просить... и как научиться этому

Обращение за помощью к другим людям – это одна из основ жизни в обществе

Psychologies
Наивно думать, что вегетарианцы помогают планете Наивно думать, что вегетарианцы помогают планете

Что означает фраза «ответственное потребление» применительно к еде

СНОБ
Анна Самохина. Она говорила со своим ангелом Анна Самохина. Она говорила со своим ангелом

В январе Анне Самохиной могло бы исполниться 55

Лиза
Открыть в приложении