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
Я не подарок Я не подарок

Можно ли сделать так, чтобы любимый научился выбирать подарки?

Добрые советы
Лототрон Лототрон

Как лото превратилось в религию, которой поклоняются миллионы

GQ
День матери. Джордж Сондерс День матери. Джордж Сондерс

Esquire перевел и впервые публикует рассказ «День матери» на русском языке

Esquire
Одна на всех Романовых Одна на всех Романовых

Матильда Кшесинская прожила долгую и счастливую жизнь

Дилетант
Анна Алексеева: Забытый зажим, неправильный диагноз. 5 историй о врачебных ошибках Анна Алексеева: Забытый зажим, неправильный диагноз. 5 историй о врачебных ошибках

Истории об ошибочных действиях медиков, которые стоили пациентам здоровья

СНОБ
Сложное кино Сложное кино

Маленькая студия Lateral Summer делает фильмы в передовых форматах

РБК
Книжная лавка Книжная лавка

Фрагмент романа Пенелопы Фицджеральд «Книжная лавка»

СНОБ
Сильный ход Сильный ход

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

Добрые советы
Цюрих Цюрих

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

Esquire
Здесь начинается дом! Здесь начинается дом!

Первое место, куда ты попадаешь, оказываясь в квартире – прихожая

Лиза
Миротворец, превративший трон в катапульту Миротворец, превративший трон в катапульту

Усилия царя по спасению отечества и не предотвратили социальный взрыв

Дилетант
Переезжаем на новый смартфон Переезжаем на новый смартфон

Советы по переносу всех данных на новый телефон вне зависимости от ОС

CHIP
«С женщинами всегда одни и те же проблемы» «С женщинами всегда одни и те же проблемы»

Беседа с одним из героев «Квартета И» Камилем Лариным

Добрые советы
Пусть останется только хорошее Пусть останется только хорошее

Пятна от глинтвейна или шоколада не испортят настроения

Лиза
Луч Света Луч Света

Актриса Светлана Ходченкова ломает стереотипы о собственной неприступности

Esquire
На одной волне На одной волне

Ведущая Первого канала Ольга Ушакова в третий раз станет мамой

OK!
«Нет» диетам, «да» осознанному питанию «Нет» диетам, «да» осознанному питанию

Похудеть на диете — возможно ли это? Все, кто пробовал, знают: это не работает. Подтверждают это и специалисты. И дело не в том, что с вами что-то не так, — просто сам метод никуда не годится.

Psychologies
Полный вперед Полный вперед

Откровения Эшли Грэм

Cosmopolitan
Спортивный шпионаж. Как приложение для фитнеса стало угрозой для военных и спецслужб всего мира Спортивный шпионаж. Как приложение для фитнеса стало угрозой для военных и спецслужб всего мира

Как спортивное приложение подняло на уши спецслужбы

СНОБ
Здесь и сейчас Здесь и сейчас

Мы нередко слышим призыв «жить настоящим». Но что это значит? И зачем это нужно?

Psychologies
Что делать, если на тебя напали полынья, цунами, вулкан, жажда, пираньи и песчаная буря Что делать, если на тебя напали полынья, цунами, вулкан, жажда, пираньи и песчаная буря

Разные катастрофические сценарии и хитроумные способы выживания

Maxim
Toyota Fortuner – Mitsubishi Pajero Sport Toyota Fortuner – Mitsubishi Pajero Sport

Плоть от плоти

АвтоМир
Большой аттракцион Большой аттракцион

Британская Актриса Джуно Темпл сменила амплуа ради роли у Вуди Аллена

Vogue
Большая игра Большая игра

Фигуристка Евгения Медведева и другие спортсмены о зимней Олимпиаде

Cosmopolitan
Царство льда Царство льда

Там, где мы советуем тебе побывать, будет холодно, но интересно и весело

Лиза
5 точек красоты на лице 5 точек красоты на лице

Массаж лица — один из наиболее эффективных и безопасных методов поддержания тонуса и красоты кожи. А точечная техника шиацу поможет всего за несколько минут в день стереть следы усталости, устранить отеки и разгладить морщины. Освоить ее под силу каждому.

Psychologies
Париться правильно Париться правильно

Тепло, вода, пар, запахи трав… Зимой это особенно соблазнительно. Наш обозреватель Анна Аркатова проводит исследование, какие состояния мы переживаем во время посещения бани и чем они полезны.

Psychologies
Зоопарк болезней Зоопарк болезней

На невидимом фронте биомедицины трудятся не только мыши, крысы и макаки

Популярная механика
«Всё только начинается» «Всё только начинается»

Фёдор Бондарчук столько всего успевает в жизни!

OK!
Открыть в приложении