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
Интеллект для самолета Интеллект для самолета

Многофункциональная боевая машина следующего поколения

Популярная механика
Империи пабликов Империи пабликов

В соцсетях выросли медиакомпании, которые мы не замечаем

РБК
Лучшие музыкальные релизы февраля Лучшие музыкальные релизы февраля

Вспоминаем самые интересные новинки месяца

Esquire
Кассовый прорыв Кассовый прорыв

Сборы комедии «Я худею» в восемь раз превысили ее производственный бюджет

РБК
Игра без прав Игра без прав

Что ждет нас на корейской олимпиаде и что ждет олимпиады без нас?

Огонёк
Hot-hot-hot! Hot-hot-hot!

Двадцать самых желанных персонажей видеоигр

Игромания
Опасные связи Опасные связи

Токсичными бывают отходы, вещества… и люди

Cosmopolitan
Комсомольский Комсомолец Комсомольский Комсомолец

Уголок желтой прессы

Maxim
Почему они стреляют Почему они стреляют

История о том, что заставляет подростков мечтать об оружии в руках

СНОБ
Секс, наркотики, экзистенциализм Секс, наркотики, экзистенциализм

Жан-Поль Сартр – не такой философ, как все

Maxim
Через тернии в отпуск Через тернии в отпуск

Александр Петров — о растущей популярности и своих новых ролях

Glamour
Вьетнам: за супом фо! Вьетнам: за супом фо!

7 причин, чтобы собрать чемоданы и отправиться в страну вечного лета

Лиза
Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение

Дом – это не только крепость, но и лекарство!

Лиза
Кто не знает H2O Кто не знает H2O

Что же не так с водой и почему она не подходит для умывания?

Cosmopolitan
Таллин: дигитальная столица Таллин: дигитальная столица

Природа и технологии — два кита, на которых стоит крошечная Эстония

GEO
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
Не такие, как мальчики? Не такие, как мальчики?

Как воспитать девочку, советуют психологи

Домашний Очаг
Хлоя Бенджамин:Бессмертники Хлоя Бенджамин:Бессмертники

Фрагмент романа Хлои Бенджамин «Бессмертники» в переводе Марины Извековой

СНОБ
Джонни Депп Джонни Депп

Bad boy с 30-летним стажем вспоминает о грязных панк-клубах и Хантере Томпсоне

Numéro
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
Практичный подход Практичный подход

Как избавиться от ощущения остановки, «потолка»? Какие цели ставить?

Psychologies
Плот больного воображения Плот больного воображения

Яхтсмен Дональд Краухерст – самый загадочный горемыка яхтенного спорта

Maxim
Можно хотя бы помечтать?! Можно хотя бы помечтать?!

Наше прошлое и унаследованные убеждения слишком часто мешают двигаться вперед

Psychologies

Олегу Болдыреву 46 лет, и 17 из них он принимал наркотики

Psychologies
Оружие для любого американца — то же самое, что шляпа для ковбоя Оружие для любого американца — то же самое, что шляпа для ковбоя

Почему владение оружием остается неотъемлемым правом американцев

СНОБ
Катерина Мурашова: Еще одна реальность Катерина Мурашова: Еще одна реальность

Почему все врут? История подростка Филиппа, который нашел свой ответ

СНОБ
«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
Volvo XC90 Volvo XC90

XC90 действительно хорош, но все же не без греха

АвтоМир
Чаевые Чаевые

Арт-директор ресторана — что за фрукт и чем занят?

SNC
Открыть в приложении