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
Хюгге – философия счастья по-датски Хюгге – философия счастья по-датски

Как радоваться жизни, когда за окном темно и холодно?

Домашний Очаг
Скарлетт Йоханссон: девушка, которая не устает Скарлетт Йоханссон: девушка, которая не устает

Скарлетт Йоханссон снимает доспехи в спальне и приглашает Esquire за город

Esquire
Правила жизни Наталии Басовской Правила жизни Наталии Басовской

Правила жизни Наталии Басовской. Историк, Москва, 77 лет

Esquire
Актер как бренд Актер как бренд

Как Александр Петров превращает свое имя в торговую марку

РБК
Фотограф Солженицын Фотограф Солженицын

Кроме писательства, у него была ещё одна страсть — фотография

Дилетант
Полет бумеранга Полет бумеранга

Гибрид самолета, вертолета, конвертоплана и автожира

Популярная механика
Эффектная подача Эффектная подача

Создай за столом праздничное настроение!

Лиза
И мальчики кровавые... И мальчики кровавые...

Кровавый навет на Менахема Менделя Бейлиса

Дилетант
Цюрих Цюрих

Где выпить с художниками и найти приключений в чинном с виду Цюрихе

Esquire
Плей Боуи Плей Боуи

Что помогло парню с саксофоном превратиться в инопланетянина

Esquire
Домой на праздники Домой на праздники

Теперь у актера есть новый дом в Хэмптонс — и этот дом сам как праздник

AD
Найдется минутка? Найдется минутка?

Как придать верный ритм своей жизни?

Psychologies
5 пищевых привычек, которые стоит сохранить с детства 5 пищевых привычек, которые стоит сохранить с детства

Мы стараемся кормить детей полноценно и сбалансировано, избегать фастфуда, включать в рацион больше овощей и фруктов, но сами этих правил не всегда придерживаемся. А зря!

Psychologies
Усталая? Довольная! Усталая? Довольная!

Фитнес поможет тебе не только быть в форме, но и развить сексуальность

Лиза
Вы мне льстите... Вы мне льстите...

Как научиться принимать комплименты и самой делать их

Лиза
А ты в игре? А ты в игре?

Верный способ освежить секс

Cosmopolitan
Учение не для всех Учение не для всех

«Циркуляр о кухаркиных детях»

Дилетант
Человек тревожный Человек тревожный

Тревожность мешает осознавать текущий момент жизни

Psychologies
Райский остров Райский остров

Фукуок – самый большой остров Вьетнама и, наверное, самый красивый

Домашний Очаг
Нарисуем — будем жить Нарисуем — будем жить

Евгении Шиловой и Илье Ерошевичу пришлось создать несуществующий арт‑объект

AD
Искусство быть счастливой Искусство быть счастливой

Катерина Шпица на первый взгляд девушка беззаботная

OK!
Тайские ценности Тайские ценности

Хороший способ узнать что-то новое о стране — попробовать ее на вкус

Добрые советы
Кому нужен этот секс Кому нужен этот секс

Секс незаметно и часто по обоюдному согласию исчезает из жизни семейных пар

СНОБ
Разгрузочные дни: вред или польза? Разгрузочные дни: вред или польза?

Вы плохо спите, быстро устаете, ощущаете тяжесть в животе, на лице появились микровоспаления... Возможно, в последнее время вы налегали на не самую полезную пищу или злоупотребляли алкоголем, а значит, настало время для разгрузочного дня. Но не навредит ли он еще больше?

Psychologies
Что происходит на sex-вечеринках Что происходит на sex-вечеринках

Что происходит на Kinky Party и кому стоит туда попасть

Cosmopolitan
Сильный ход Сильный ход

Мы нашли несколько мест, где вам с мужем будет одинаково интересно

Добрые советы
15 мыслей Сэма Рокуэлла 15 мыслей Сэма Рокуэлла

Актер Сэм Рокуэлл о Харви Вайнштейне, Мартине Макдонахе и Джордже Буше‑младшем

GQ
Межпланетная картография Межпланетная картография

Как реконструировать ключевые детали на поверхности далекой планеты

Популярная механика
Игра без правил Игра без правил

Разговаривать c русскими в рамках приличий бессмысленно и неправильно

СНОБ
Открыть в приложении