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
«В следующий раз я ошибусь лучше» «В следующий раз я ошибусь лучше»

На какую Италию делает ставку Маттео Ренци

Огонёк
Лев Кассель Лев Кассель

Венсан Кассель женится на 21‑летней Тине Кунаки, не забывая сниматься в кино

GQ
50 самых стильных мужчин России в 2018 году 50 самых стильных мужчин России в 2018 году

За этой половиной списка 100 стильных мы наблюдаем с особенной гордостью

GQ
Стартап из Санкт-Петербурга делает из школьников «цифровых джедаев» Стартап из Санкт-Петербурга делает из школьников «цифровых джедаев»

Стартап, выпускающий оборудование для кружков робототехники

РБК
Триумф воли Триумф воли

Полина Киценко о том, как сделать ребенка героем спорта

Tatler
Одна на всех Романовых Одна на всех Романовых

Матильда Кшесинская прожила долгую и счастливую жизнь

Дилетант
Будь готов, генацвале! Будь готов, генацвале!

Знакомимся с культурными, кулинарными и историческими традициями Грузии

Quattroruote
Дом с ярким характером Дом с ярким характером

Интерьер квартиры на Старом Арбате, где уживаются самые разные стили

Домашний Очаг
Слой за слоем Слой за слоем

Два ингредиента – потрясающий результат!

Лиза
Слиться с бобом Слиться с бобом

О чем думают спортсмены перед олимпийским стартом в Корее

Русский репортер
Матросская вышина Матросская вышина

Илья Лагутенко – о морях, кораблях, новом альбоме и Центробанке

Esquire
Citroën C3 Aircross Citroën C3 Aircross

Оригинальный дизайн заметно выделяет «француза» на фоне конкурентов

Quattroruote
Без границ Без границ

Прекрасная актриса Аглая Тарасова, которая стала известной благодаря сериалам

OK!
Начнем с малого Начнем с малого

Домашние тренировки для мамы с ребенком

Glamour
«Всегда всё делаю сам» «Всегда всё делаю сам»

Создатель музыкальной группы Pizza певец и композитор Сергей Приказчиков

OK!
Дочка отсчета Дочка отсчета

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

Добрые советы
Почему американцы так любят оружие Почему американцы так любят оружие

Колумнист «Сноба» дает исчерпывающее объяснение любви американцев к оружию

СНОБ
Культурный код Культурный код

Как треска спасла человечество, открыла Америку и стала в Москве дефицитом

Tatler
Диана Крюгер: “Производство кино в Америке — очень большой и обезличенный процесс” Диана Крюгер: “Производство кино в Америке — очень большой и обезличенный процесс”

Диана Крюгер рассказала о том, каково это — впервые  сыграть на родном языке

Esquire
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
Бессеребренники Бессеребренники

Как идеи режиссера Кирилла Серебренникова живут и без него

Esquire
Шпионские тайны нейронов Шпионские тайны нейронов

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

СНОБ
10 качеств, которые помогут в карьере 10 качеств, которые помогут в карьере

Эйчары теперь ищут кандидатов с другими качествами и навыками

Cosmopolitan
Ной на дне Ной на дне

Кто спасет бомжей от себя и от всемирного потопа

Русский репортер
Weekend в Мадриде Weekend в Мадриде

Почему в испанскую столицу мы полетели зимой? Цены в этот сезон были заманчивые

Лиза
Стокгольмский террорист — кто он? Дело Рахмата Акилова Стокгольмский террорист — кто он? Дело Рахмата Акилова

Как стокгольмский террорист оказался связан с боевиками из Таджикистана

СНОБ
Посмотри налево Посмотри налево

Арина Холина — о том, в чем настоящий смысл измены

СНОБ
Этнографический музей Этнографический музей

Уровень этники в интерьере зависит только от вас

AD
«Откопаем машину. Цена договорная» «Откопаем машину. Цена договорная»

Крупнейшие снегопады немедленно привели к появлению на рынке новых услуг

АвтоМир
Открыть в приложении