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
100 самых стильных 2018 – Россия 100 самых стильных 2018 – Россия

Традиционный рейтинг самых стильных людей России

GQ
Скарлетт Йоханссон: девушка, которая не устает Скарлетт Йоханссон: девушка, которая не устает

Скарлетт Йоханссон снимает доспехи в спальне и приглашает Esquire за город

Esquire
Адриана Имж: О чем молчат мужчины Адриана Имж: О чем молчат мужчины

Быть мужчиной в России означает соответствовать множеству стереотипов

СНОБ
Полет бумеранга Полет бумеранга

Гибрид самолета, вертолета, конвертоплана и автожира

Популярная механика
Голос Америки Голос Америки

Трейси Эллис Росс открыто говорит о сексуальности и дискриминации

Glamour
Стартап из Санкт-Петербурга делает из школьников «цифровых джедаев» Стартап из Санкт-Петербурга делает из школьников «цифровых джедаев»

Стартап, выпускающий оборудование для кружков робототехники

РБК
Неразделенные ценности Неразделенные ценности

Бельгия оказалась главным поставщиком террористов в «Исламское государство»

СНОБ
Опасные связи Опасные связи

Токсичными бывают отходы, вещества… и люди

Cosmopolitan
Рижский бальзам Рижский бальзам

Дом на Рижском взморье в классическом стиле

AD
Компромисс Компромисс

Чем Nissan Teana второго поколения (J32) уступила застрельщице Camry

АвтоМир
Борьба с выскочками Борьба с выскочками

Эксперты рассказывают, как победить акне

Glamour
Игра на выживание Игра на выживание

Запрещенный фильм «Смерть Сталина» появился в западных онлайн-кинотеатрах

СНОБ
Картинки с выставки Картинки с выставки

Квартира в Санкт-Петербурге с комнатами-достопримечательностями Северной столицы

AD
Томас О’Крихинь: Островитянин Томас О’Крихинь: Островитянин

Фрагмент повести Томаса О’Крихиня

СНОБ

Сеанс психотерапии для читателя

Psychologies

Олегу Болдыреву 46 лет, и 17 из них он принимал наркотики

Psychologies
«Пятиэтажки нужно сносить». Испанский архитектор о жизни в Москве «Пятиэтажки нужно сносить». Испанский архитектор о жизни в Москве

Густаво Гонсалвес — о безопасности в Москве, «хрустальных» детях и о футболе

СНОБ
Стильная мира сего Стильная мира сего

Актриса Анна Чиповская примеряет образ сильной женщины

Glamour
Система взломана Система взломана

Биохакинг – новый тренд, обещающий здоровую вечную жизнь

Cosmopolitan
«Если бы мы жили на острове, мы были бы счастливы» «Если бы мы жили на острове, мы были бы счастливы»

Агния Дитковските и Алексей Чадов — о своих отношениях и общем сыне Фёдоре

OK!
Поселок старых большевиков Поселок старых большевиков

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

Tatler
Московский RER Московский RER

Как развивался предшественник столичного наземного метро

Forbes
Ханья Янагихара: Люди среди деревьев Ханья Янагихара: Люди среди деревьев

Фрагмент романа Ханьи Янагихары «Люди среди деревьев»

СНОБ
Работа для патриота Работа для патриота

Как заставить государство объясниться с собственными гражданами?

СНОБ
Татьяна Краснова: У нас так не принято Татьяна Краснова: У нас так не принято

Стыд за свое отечество как важная составляющая воспитания патриотизма

СНОБ
Саша Щипин: Рожки да ножки Саша Щипин: Рожки да ножки

В «Убийстве священного оленя» Йоргоса Лантимоса герои теряют все человеческое

СНОБ
Citroën C3 Aircross Citroën C3 Aircross

Оригинальный дизайн заметно выделяет «француза» на фоне конкурентов

Quattroruote
Алексей Миранчук Алексей Миранчук

Новая надежда российского футбола

Esquire
Это уже слишком! Это уже слишком!

Где, по мнению мужчин, проходит грань между сексуальностью и пошлостью?

Cosmopolitan
Открыть в приложении