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

Очень умные ассистенты Очень умные ассистенты

Теперь в наших домах работают умные помощники — Alexa и другие

CHIP
Секс, наркотики, экзистенциализм Секс, наркотики, экзистенциализм

Жан-Поль Сартр – не такой философ, как все

Maxim
Владимир Зворыкин Владимир Зворыкин

Правила жизни изобретателя Владимира Зворыкина

Правила жизни
Это у вас гормональное Это у вас гормональное

Почему люди ведут себя по-человечески?

СНОБ
Алексеевцы Алексеевцы

Русская революция пришла в образе бунта тыловых гарнизонов

Дилетант
Как научиться понимать искусство и самого себя Как научиться понимать искусство и самого себя

Искусство — это образное отражение реальности, эдакое закодированное сообщение, которое нам нужно расшифровать. С ним мы сможем иначе смотреть на окружающий мир, стать эмоционально более зрелым человеком и расширить свой кругозор.

Psychologies
Жизнь после Олимпа: исповедь с элементами проповеди Жизнь после Олимпа: исповедь с элементами проповеди

«Сноб» публикует рассказ Андрея Вульфа о поиске смысла своей работы

СНОБ
Флага не дали, но дали медали: как прошла Олимпиада для России Флага не дали, но дали медали: как прошла Олимпиада для России

Праздник зимнего спорта мы не хотели пропускать, и неважно, что флаг не дают

Esquire
Алексей Герман Мл. Алексей Герман Мл.

Как и для чего Алексей Герман-младший снял кино про Сергея Довлатова

Maxim
Юрий Сорокин: Назло доктору Юрий Сорокин: Назло доктору

Отрывок из книги о женском алкоголизме

СНОБ
Голос Америки Голос Америки

Трейси Эллис Росс открыто говорит о сексуальности и дискриминации

Glamour
Дочка отсчета Дочка отсчета

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

Добрые советы
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
Комсомольский Комсомолец Комсомольский Комсомолец

Уголок желтой прессы

Maxim
Мир, дружба, жвачка Мир, дружба, жвачка

Не нужно избегать споров, они делают вас ближе, лучше научись ими управлять

Cosmopolitan
Что нужно знать о “Черной пантере” и почему все сходят от нее с ума Что нужно знать о “Черной пантере” и почему все сходят от нее с ума

“Черная пантера” добралась до российского проката только сейчас

Esquire
“Позитивное мышление способно усугубить проблему” “Позитивное мышление способно усугубить проблему”

Разговор с гештальт-терапевтом Андреем Юдиным

Psychologies
Владимир Качан. Про друга Владимир Качан. Про друга

Морально я был готов к Мишиной смерти, но известие о ней все равно прибило

Караван историй
Ренато, который дает людям второй шанс Ренато, который дает людям второй шанс

Ренато Грбич, 55-летний сербский ресторатор — и спасатель самоубийц

СНОБ
Опасные связи Опасные связи

Токсичными бывают отходы, вещества… и люди

Cosmopolitan
Бессеребренники Бессеребренники

Как идеи режиссера Кирилла Серебренникова живут без него

Esquire
Без будущего в кармане Без будущего в кармане

Телефон, вернее, смартфон — один из обыденных знаков сбывшегося будущего

СНОБ
Ритмы Абу-Даби Ритмы Абу-Даби

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

Cosmopolitan
Обнять и плакать Обнять и плакать

Ксения Собчак о мужском эго, которое мешает ей стать президентом

GQ
Вкалывают роботы, а не человек?.. Вкалывают роботы, а не человек?..

Искусственный интеллект завоюет все пространство или у нас есть шанс?

Psychologies
Девичьи грезы Девичьи грезы

Экологичный лофт с нотками Азии

AD
Городские истории Городские истории

Московская квартира в духе современной городской классики

AD
Сделать из квартиры хостел Сделать из квартиры хостел

Это может быть полезно, если учесть, что хостелы в квартирах, возможно, запретят

Maxim
Практичный подход Практичный подход

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

Psychologies
Вторая жизнь старых носков Вторая жизнь старых носков

Часто находишь «потеряшек» без пары? Не выбрасывай, а что-нибудь смастери!

Лиза
Открыть в приложении