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
Паровое наследие Паровое наследие

Накануне китайского нового года самое время приготовить пельмени с креветками

Огонёк
Бухта Халонг, Вьетнам Бухта Халонг, Вьетнам

Перед тобой одна из стран, в которую еще можно выезжать любому россиянину

Maxim
Молодые, да поздние Молодые, да поздние

Ученые утверждают, что мы теперь дольше взрослеем

Огонёк
Шахматная церемония Шахматная церемония

Как играть в сёги — японские шахматы

Вокруг света
Я не подарок Я не подарок

Можно ли сделать так, чтобы любимый научился выбирать подарки?

Добрые советы
Летающий автомобиль Атаманова Летающий автомобиль Атаманова

Пятиместный автомобиль, первый полет которого планируется уже в сентябре

Популярная механика
Владимир Качан. Про друга Владимир Качан. Про друга

Морально я был готов к Мишиной смерти, но известие о ней все равно прибило

Караван историй
«Просто иди и прыгай. И не забывай улыбаться»: почему Загитова выиграла Олимпиаду «Просто иди и прыгай. И не забывай улыбаться»: почему Загитова выиграла Олимпиаду

О главной победе на Олимпийских играх

Esquire
Игра на выживание Игра на выживание

Запрещенный фильм «Смерть Сталина» появился в западных онлайн-кинотеатрах

СНОБ
Вкалывают роботы, а не человек?.. Вкалывают роботы, а не человек?..

Искусственный интеллект завоюет все пространство или у нас есть шанс?

Psychologies
Cамый полный фарш Cамый полный фарш

Кипящий котел балканской кухни

Psychologies
6 лайфхаков, чтобы быстрее выучить иностранный язык 6 лайфхаков, чтобы быстрее выучить иностранный язык

Все мы отличаемся удивительной нетерпеливостью. Так хочется, чтобы за одно мгновение незнакомый язык оказался в копилке подсознания. И на самом деле все не так сложно, как кажется! Эти советы помогут быстрее выучить иностранный язык.

Psychologies
Найти за 60 минут Найти за 60 минут

Зачем сотрудницы крупных компаний в свободное время летают над темными лесами

Forbes
Вогнал в краску Вогнал в краску

Яркий интерьер дом на Кап-Ферра

AD
Фитнес на снегу Фитнес на снегу

Тренировки на свежем воздухе укрепляют иммунитет

Лиза
Любовь и камень Любовь и камень

Скульптор Николай Никогосян отмечает столетие масштабной выставкой

Огонёк
Анатомия потехи Анатомия потехи

Откуда берется чувство юмора и есть ли от него прок

Maxim
Сила характера Сила характера

Анастасия Задорина отвечает за олимпийскую экипировку команды России

OK!
«Откопаем машину. Цена договорная» «Откопаем машину. Цена договорная»

Крупнейшие снегопады немедленно привели к появлению на рынке новых услуг

АвтоМир
Триумф воли Триумф воли

Полина Киценко о том, как сделать ребенка героем спорта

Tatler
«Запуганный доктор — плохой доктор». Активист медпрофсоюза об уголовном преследовании врачей «Запуганный доктор — плохой доктор». Активист медпрофсоюза об уголовном преследовании врачей

Пациенты боятся докторов, а доктора — пациентов. Можно ли исправить ситуацию?

СНОБ
Ритмы Абу-Даби Ритмы Абу-Даби

Не ищи машину времени, а купи билет до Абу-Даби

Cosmopolitan
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
Кнопка о двух концах. Чем мы рискуем, нажимая «я согласен» Кнопка о двух концах. Чем мы рискуем, нажимая «я согласен»

Как крупные корпорации анализируют личные данные пользователей

СНОБ
«Он сыграл роль правдолюбца». Деятели культуры об актере Алексее Серебрякове «Он сыграл роль правдолюбца». Деятели культуры об актере Алексее Серебрякове

Актер Алексей Серебряков назвал хамство частью русской национальной идеи

СНОБ
Ханья Янагихара: Люди среди деревьев Ханья Янагихара: Люди среди деревьев

Фрагмент романа Ханьи Янагихары «Люди среди деревьев»

СНОБ
Философия жадности Философия жадности

Почему современные женщины оценивают мужчин по размеру кошелька

СНОБ
Царство бесчеловечности Царство бесчеловечности

О причинах возникновения и способах лечения бесчеловечности

СНОБ
Спальный уголок Спальный уголок

Думаешь, в небольшой однокомнатной квартире нет места для полноценной кровати?

Лиза
Открыть в приложении