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
Движение вперед Движение вперед

Актер Иван Колесников переживает новый виток успеха

GALA Биография
Пищевая ценность Пищевая ценность

Интервью с президентом компании «Мираторг» Виктором Линником

Esquire
Практичный подход Практичный подход

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

Psychologies
Актер как бренд Актер как бренд

Как Александр Петров превращает свое имя в торговую марку

РБК
В постели с врагом В постели с врагом

Какие привычки больше всего раздражают нас (и их) в постели

Cosmopolitan
Артерии Интернета Артерии Интернета

Как Интернет соединяет континенты и почему нет ничего надежнее кабеля

CHIP
И слово было блог И слово было блог

В начале блогерской эпохи было слово, и слово это было на японском

Esquire
Дочка отсчета Дочка отсчета

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

Добрые советы
Toyota Land Cruiser Prado. Крепкий орешек Toyota Land Cruiser Prado. Крепкий орешек

За что переплачиваем? И переплачиваем ли?

АвтоМир
Легкий, как облачко Легкий, как облачко

Популярный десерт на твоей кухне

Лиза
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

Популярная механика
Зачистка и рывок Зачистка и рывок

Россией правят списки — тайные, как при советской власти, и явные, как сейчас

СНОБ
Токсичный рыбкагейт и ихтамнет-2 Токсичный рыбкагейт и ихтамнет-2

Словарный запас. Выпуск 45

СНОБ
Идти ли к психологу? 6 поводов для сомнений Идти ли к психологу? 6 поводов для сомнений

Психотерапия сегодня перестала быть удивительной, это почти обычное дело

Psychologies
Ритмы Абу-Даби Ритмы Абу-Даби

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

Cosmopolitan
Поселок старых большевиков Поселок старых большевиков

Адвокат Добровинский вспомнил, что были у него в Париже политические убеждения

Tatler
«Мне пришлось переехать в другой город». Три истории о порномести «Мне пришлось переехать в другой город». Три истории о порномести

Пострадавшие от порномести рассказали о ее последствиях

СНОБ
Тектоническая платформа Тектоническая платформа

Состояние владельца Telegram Павла Дурова превысило $1 млрд

Forbes
Порядок дома — порядок в голове: 7 правил Порядок дома — порядок в голове: 7 правил

Все вещи на своих местах, на полках нет пыли, одежда не валяется повсюду — идиллическая картина, увы, недостижимая для многих. На самом деле поддерживать порядок дома не так сложно. Прежде всего нужно прекратить бездумно покупать и складировать ненужные вещи, уверен Джошуа Беккер, автор популярного блога Becoming Minimalist.

Psychologies
Что показал Кристофер Бейли в своей последней коллекции для Burberry Что показал Кристофер Бейли в своей последней коллекции для Burberry

Кому посвятил коллекцию для Burberry Кристофер Бейли

GQ
Степной Че Гевара Степной Че Гевара

Махновщина — крестьянская анархия — была конкурентом большевизму

Дилетант
Триумф воли Триумф воли

Полина Киценко о том, как сделать ребенка героем спорта

Tatler
Артур Хачуян Артур Хачуян

Артур Хачуян – создатель главного российского BigData-алгоритма

Esquire
Почем сегодня слезинка ребенка? Почем сегодня слезинка ребенка?

Дети стали хорошо продаваемым товаром на отечественном ТВ

СНОБ
В восьмом ряду? В восьмом ряду?

Пятизвездочный Grand Hotel Kempinski Riga

L’Officiel
Московский RER Московский RER

Как развивался предшественник столичного наземного метро

Forbes
Игры Игры

Как «сундуки» с артефактами рассорили геймеров с игровыми студиями

РБК
«Рассеянный склероз — болезнь цивилизации» «Рассеянный склероз — болезнь цивилизации»

Возможно ли вылечить это пока неизлечимое заболевание — рассеянный склероз

Psychologies
За миллиард лет до 8 марта За миллиард лет до 8 марта

Какие праздники женщины придумали для себя и отмечали тайком от мужчин

Maxim
Открыть в приложении