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

Технотренды 2018 Технотренды 2018

От «умной» кухни до электромобиля: какие новинки ждут нас в 2018 году

CHIP
Weekend в Мадриде Weekend в Мадриде

Почему в испанскую столицу мы полетели зимой? Цены в этот сезон были заманчивые

Лиза
Разбор Тёмы Разбор Тёмы

Артемий Лебедев – о дебатах с Навальным, туалетах и аллергии

Esquire
Четыре комнаты Четыре комнаты

Четыре новых отеля, приглашающих окунуться в жизнь мегаполисов Европы и Азии

AD
Колыбель гениев Колыбель гениев

Отправление во Флоренцию по следам гениев прошлого и в поисках гениев настоящего

Вокруг света
Девичьи грезы Девичьи грезы

Экологичный лофт с нотками Азии

AD
Артерии Интернета Артерии Интернета

Как Интернет соединяет континенты и почему нет ничего надежнее кабеля

CHIP
Илья Федотов-Федоров Илья Федотов-Федоров

Художник Илья Федотов-Федоров знает ответы на многие странные вопросы

Esquire
Обнять и плакать Обнять и плакать

Ксения Собчак о мужском эго, которое мешает ей стать президентом

GQ
Мой дом – моя крепость Мой дом – моя крепость

Как выбрать самые надежные железные решетки для окон и не переплатить

Лиза
И это все о НЕЙ И это все о НЕЙ

Борис Шапиро напоминает о нескольких особенностях женской психики

Psychologies
Спальный уголок Спальный уголок

Думаешь, в небольшой однокомнатной квартире нет места для полноценной кровати?

Лиза
Самые запоминающиеся мужские смокинги церемонии «Оскар» Самые запоминающиеся мужские смокинги церемонии «Оскар»

За последние 90 лет церемония «Оскар» подарила нам немало запоминающихся образов

GQ
Инопланетяне под лупой Инопланетяне под лупой

О том, как рассматривать далекие планеты, чтобы не попасть впросак

СНОБ
Ваза и надстройка Ваза и надстройка

Москвичка Кристина Краснянская отмечает юбилей своей галереи

Vogue
Матросская вышина Матросская вышина

Илья Лагутенко – о морях, кораблях, новом альбоме и Центробанке

Esquire
Этнографический музей Этнографический музей

Уровень этники в интерьере зависит только от вас

AD
Алексей Алексенко: Попытка объяснить все непонятное разом Алексей Алексенко: Попытка объяснить все непонятное разом

Биологи связали воедино странные истории, которые не стали от этого понятнее

СНОБ
О чем говорить с мужчиной О чем говорить с мужчиной

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

OK!
Вторая жизнь старых носков Вторая жизнь старых носков

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

Лиза
Комсомольский Комсомолец Комсомольский Комсомолец

Уголок желтой прессы

Maxim
Слой за слоем Слой за слоем

Два ингредиента – потрясающий результат!

Лиза
Toyota Land Cruiser Prado. Крепкий орешек Toyota Land Cruiser Prado. Крепкий орешек

За что переплачиваем? И переплачиваем ли?

АвтоМир
Зачем Стивен Содерберг снял “Не в себе” на айфон Зачем Стивен Содерберг снял “Не в себе” на айфон

Премьера нового фильма Стивена Содерберга, полностью снятого на айфон

Esquire
Зачистка и рывок Зачистка и рывок

Россией правят списки — тайные, как при советской власти, и явные, как сейчас

СНОБ
Пища для ума Пища для ума

Может ли глобальное сохранение продуктов стать панацеей от сверхпотребления

СНОБ
43 способа сэкономить время и деньги 43 способа сэкономить время и деньги

Советы для тех, кто готовит каждый день

Домашний Очаг
Наивно думать, что вегетарианцы помогают планете Наивно думать, что вегетарианцы помогают планете

Что означает фраза «ответственное потребление» применительно к еде

СНОБ
Бессеребренники Бессеребренники

Как идеи режиссера Кирилла Серебренникова живут и без него

Esquire
Почем сегодня слезинка ребенка? Почем сегодня слезинка ребенка?

Дети стали хорошо продаваемым товаром на отечественном ТВ

СНОБ
Открыть в приложении