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
Кросс на цыпочках Кросс на цыпочках

Kia Rio X-Line – Renault Sandero Stepway

АвтоМир
Летающий автомобиль Атаманова Летающий автомобиль Атаманова

Пятиместный автомобиль, первый полет которого планируется уже в сентябре

Популярная механика
Алексей Миранчук Алексей Миранчук

Новая надежда российского футбола

Esquire
Кассовый прорыв Кассовый прорыв

Сборы комедии «Я худею» в восемь раз превысили ее производственный бюджет

РБК
С пряным акцентом С пряным акцентом

Азиатские соусы на твоем столе

Лиза
Пищевая ценность Пищевая ценность

Интервью с президентом компании «Мираторг» Виктором Линником

Esquire
Когда сестра не нужна Когда сестра не нужна

История о близнецах, которые выросли и поменялись ролями

СНОБ
Этнографический музей Этнографический музей

Уровень этники в интерьере зависит только от вас

AD
Селективное восприятие Селективное восприятие

Как сделать интерьер спальни менее скучным

AD
Ритмы Абу-Даби Ритмы Абу-Даби

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

Cosmopolitan
Катерина Мурашова: Еще одна реальность Катерина Мурашова: Еще одна реальность

Почему все врут? История подростка Филиппа, который нашел свой ответ

СНОБ
С новым клоном! С новым клоном!

Китайские ученые впервые клонировали ближайших «родственников» человека

Огонёк
За миллиард лет до 8 марта За миллиард лет до 8 марта

Какие праздники женщины придумали для себя и отмечали тайком от мужчин

Maxim
Кто не знает H2O Кто не знает H2O

Что же не так с водой и почему она не подходит для умывания?

Cosmopolitan
Таймз Таймз

Эссе Эдуарда Лимонова

Esquire
Почему американцы так любят оружие Почему американцы так любят оружие

Колумнист «Сноба» дает исчерпывающее объяснение любви американцев к оружию

СНОБ
Лучший стритстайл из Милана Лучший стритстайл из Милана

Закончилась женская Неделя моды в Милане

GQ
Голос Америки Голос Америки

Трейси Эллис Росс открыто говорит о сексуальности и дискриминации

Glamour
С видом на горы С видом на горы

Отдых на водах в швейцарском Бад-Рагаце облюбовала еще русская аристократия

Vogue
Модель дома Модель дома

Удивив всех, Поппи Делевинь переехала жить на тихую окраину

Vogue
Дом с ярким характером Дом с ярким характером

Интерьер квартиры на Старом Арбате, где уживаются самые разные стили

Домашний Очаг
Союз нерушимый Союз нерушимый

Программист из Белоруссии создал совместное предприятие с «1С»

Forbes
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
Семен Слепаков: Иногда я чувствую себя грустным неприкаянным слоном Семен Слепаков: Иногда я чувствую себя грустным неприкаянным слоном

Интервью с Семеном Слепаковым о том, кто такой герой нашего времени

СНОБ
Поселок старых большевиков Поселок старых большевиков

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

Tatler
Сила характера Сила характера

Анастасия Задорина отвечает за олимпийскую экипировку команды России

OK!
Некоторые женятся Некоторые женятся

Что заставляет людей быть вместе и чего ждать от брака в будущем?

Psychologies
Станислав Сажин Станислав Сажин

Станислав Сажин – генеральный директор соцсети для врачей «Доктор на работе»

Esquire
Женщина сегодня Женщина сегодня

Как изменилась женщина за 100 лет

Домашний Очаг
Открыть в приложении