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

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

СНОБ
Степной Че Гевара Степной Че Гевара

Махновщина — крестьянская анархия — была конкурентом большевизму

Дилетант
Почему американцы так любят оружие Почему американцы так любят оружие

Колумнист «Сноба» дает исчерпывающее объяснение любви американцев к оружию

СНОБ
Биткоины для Донбасса: ополченец «Морячок» покупает скандальную криптобиржу Биткоины для Донбасса: ополченец «Морячок» покупает скандальную криптобиржу

Российскую биржу криптовалют Wex покупает бывший ополченец «Морячок»

РБК
Сила характера Сила характера

Анастасия Задорина отвечает за олимпийскую экипировку команды России

OK!
Артерии Интернета Артерии Интернета

Как Интернет соединяет континенты и почему нет ничего надежнее кабеля

CHIP
Снежные кошки Снежные кошки

Окажутся ли занесенные снегом обледеневшие дороги по зубам Jaguar

АвтоМир
Артур Хачуян Артур Хачуян

Артур Хачуян – создатель главного российского BigData-алгоритма

Esquire
Книжная лавка Книжная лавка

Фрагмент романа Пенелопы Фицджеральд «Книжная лавка»

СНОБ
С пряным акцентом С пряным акцентом

Азиатские соусы на твоем столе

Лиза
Американские герои Американские герои

Как и на чем зарабатывает российский офис The Walt Disney Company

РБК
Торжество цивилизации Торжество цивилизации

Иван Давыдов: Власть в стране стала более прогрессивной

СНОБ
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
Почему мы не умеем просить... и как научиться этому Почему мы не умеем просить... и как научиться этому

Обращение за помощью к другим людям – это одна из основ жизни в обществе

Psychologies
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
Никита Кукушкин Никита Кукушкин

Актер, который достоверно играет негодяев

Esquire
Сложный остаток утопии Сложный остаток утопии

Напрямую не рассказывая историю, этот текст создает новую феминистскую утопию

СНОБ
Я завидую Я завидую

Тех, кому это чувство знакомо, куда больше, чем тех, кто в этом признается

Psychologies
Стильная мира сего Стильная мира сего

Актриса Анна Чиповская примеряет образ сильной женщины

Glamour
О чем говорить с мужчиной О чем говорить с мужчиной

Фотосессия Ростислава Хаита из «Квартета И» и его девушки Ольги Рыжковой

OK!
Гиперкары небесные Гиперкары небесные

У сверхбогатых есть свой автомобильный тренд

Maxim
Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение

Дом – это не только крепость, но и лекарство!

Лиза
Каталония Каталония

Здесь можно найти больше интересного и прекрасного, чем просто море и песок

АвтоМир
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
43 способа сэкономить время и деньги 43 способа сэкономить время и деньги

Советы для тех, кто готовит каждый день

Домашний Очаг
Без границ Без границ

Прекрасная актриса Аглая Тарасова, которая стала известной благодаря сериалам

OK!
Георгий Троян Георгий Троян

Первый повар, сумевший подружиться с открытым огнем

Esquire
Audi RS5 Audi RS5

Легкость купе в повседневной жизни не затмевает его истинного предназначения

Quattroruote
Фитнес на снегу Фитнес на снегу

Тренировки на свежем воздухе укрепляют иммунитет

Лиза
Открыть в приложении