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
Заварить кашу Заварить кашу

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

Добрые советы
1960: Локальное потепление 1960: Локальное потепление

Страна оттаивает в лучах хрущевской оттепели

Esquire
Отряд Летучий Отряд Летучий

Телеведущая Лена Летучая занялась инспекцией российских школ и больниц

Домашний Очаг
Обнять и плакать Обнять и плакать

Ксения Собчак о мужском эго, которое мешает ей стать президентом

GQ
Сердце Востока Сердце Востока

Дубай — город неограниченных возможностей

OK!
Артерии Интернета Артерии Интернета

Как Интернет соединяет континенты и почему нет ничего надежнее кабеля

CHIP
Илья Федотов-Федоров Илья Федотов-Федоров

Художник Илья Федотов-Федоров знает ответы на многие странные вопросы

Esquire
Куда исчезли мужчины Куда исчезли мужчины

Почему женщинам так сложно найти мужчину своей мечты?

СНОБ
Давид Фельдман: Четыре вида террора. Как государства и одиночки управляют обществом Давид Фельдман: Четыре вида террора. Как государства и одиночки управляют обществом

Как и когда террор стал методом управления обществом?

СНОБ
Степной Че Гевара Степной Че Гевара

Махновщина — крестьянская анархия — была конкурентом большевизму

Дилетант
Философия жадности Философия жадности

Почему современные женщины оценивают мужчин по размеру кошелька

СНОБ
Практичный подход Практичный подход

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

Psychologies
50 самых стильных иностранцев в 2018 году 50 самых стильных иностранцев в 2018 году

Те, кто заработал себе место в списке самых стильных иностранцев

GQ
Новых мигрантов невозможно интегрировать старыми средствами Новых мигрантов невозможно интегрировать старыми средствами

Почему Рахмат Акилов решил отомстить стране, принимающей беженцев

СНОБ
Время сиесты: почему хочется спать днем и что с этим делать? Время сиесты: почему хочется спать днем и что с этим делать?

Вздремнуть полчасика после обеда — неосуществимая мечта для большинства взрослых людей. Хотя специалисты хором утверждают: спать днем полезно. Это улучшает память и творческие способности.

Psychologies
От русского до исламского. Как террор стал методом борьбы От русского до исламского. Как террор стал методом борьбы

Глеб Павловский: Мы вполне можем стать свидетелями новых форм террора

СНОБ
«Игра в рулетку». Четыре истории о домашних родах «Игра в рулетку». Четыре истории о домашних родах

Люди, выбравшие необычные места для естественных родов, рассказали свои истории

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

На какую Италию делает ставку Маттео Ренци

Огонёк
Почему вам не удается заняться спортом: 5 причин Почему вам не удается заняться спортом: 5 причин

«Начну тренироваться с понедельника» — самая распространенная отговорка, позволяющая отсрочить занятия фитнесом. Однако понедельники проходят, и ничего не меняется. Что мешает большинству людей встать с дивана и начать заниматься?

Psychologies
Анна Козлова Анна Козлова

Читать книги Анны Козловой – все равно что искать границы собственной морали

Esquire
Александр Маноцков: У меня нет никакого «само», которое требует «выражения» Александр Маноцков: У меня нет никакого «само», которое требует «выражения»

Интервью с композитором Александром Маноцковым о том, что все в музыке — время

СНОБ
Подняться на хайпе Подняться на хайпе

Готовность оскандалиться стала прибыльным бизнесом

Огонёк
Ритмы Абу-Даби Ритмы Абу-Даби

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

Cosmopolitan
Алексей Миранчук Алексей Миранчук

Новая надежда российского футбола

Esquire
Слой за слоем Слой за слоем

Два ингредиента – потрясающий результат!

Лиза
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
Евгения Кондрашина. Три последние секунды Евгения Кондрашина. Три последние секунды

О фильме "Движение вверх" и о том, как все было на самом деле

Караван историй
Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение

Дом – это не только крепость, но и лекарство!

Лиза
Открыть в приложении