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
Инопланетяне под лупой Инопланетяне под лупой

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

СНОБ
Целого мира мало Целого мира мало

Человечеству грозит дефицит самых простых минеральных ресурсов

Популярная механика
Поселок чемпионов Поселок чемпионов

Как маленький поселок стал одной из бильярдных столиц России

Огонёк
Шахматная церемония Шахматная церемония

Как играть в сёги — японские шахматы

Вокруг света
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
24 часа наедине с мужчиной 24 часа наедине с мужчиной

Всякий уважающий себя самец должен круглые сутки быть на высоте

Playboy
Пятьдесят черепах Пятьдесят черепах

История о женщине, которая спасает черепах, занесенных в Красную книгу

СНОБ
Опасные крайности Опасные крайности

Как найти золотую середину, без которой совместная жизнь никак не складывается

Лиза

Сеанс психотерапии для читателя

Psychologies
«Человек, который развалил СССР». Кто такой Джин Шарп и почему его называют «отцом цветных революций» «Человек, который развалил СССР». Кто такой Джин Шарп и почему его называют «отцом цветных революций»

История Джина Шарпа, политолога и идеолога ненасильственных революций

СНОБ
Неразделенные ценности Неразделенные ценности

Бельгия оказалась главным поставщиком террористов в «Исламское государство»

СНОБ
Сила характера Сила характера

Анастасия Задорина отвечает за олимпийскую экипировку команды России

OK!
«Говорили, что я ничтожество и слабак». Истории людей, которые занимаются самоповреждением «Говорили, что я ничтожество и слабак». Истории людей, которые занимаются самоповреждением

Истории людей, которые занимаются селф-хармом

СНОБ
“Позитивное мышление способно усугубить проблему” “Позитивное мышление способно усугубить проблему”

Разговор с гештальт-терапевтом Андреем Юдиным

Psychologies
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
Алексей Герман Мл. Алексей Герман Мл.

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

Maxim
«Он сыграл роль правдолюбца». Деятели культуры об актере Алексее Серебрякове «Он сыграл роль правдолюбца». Деятели культуры об актере Алексее Серебрякове

Актер Алексей Серебряков назвал хамство частью русской национальной идеи

СНОБ
Что носили мужчины на этой неделе Что носили мужчины на этой неделе

Кроссовки, меховые воротники, принты и никаких смокингов

GQ
Кулинары всех стран Кулинары всех стран

Как устроен кластер этнических ресторанов при РУДН

РБК
Московский RER Московский RER

Как развивался предшественник столичного наземного метро

Forbes
Ритмы Абу-Даби Ритмы Абу-Даби

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

Cosmopolitan
Наивно думать, что вегетарианцы помогают планете Наивно думать, что вегетарианцы помогают планете

Что означает фраза «ответственное потребление» применительно к еде

СНОБ
Дежурные по планете Дежурные по планете

Как энтузиасты из разных стран заботятся об окружающей среде

СНОБ
Союз нерушимый Союз нерушимый

Программист из Белоруссии создал совместное предприятие с «1С»

Forbes
Не житье, а масленица! Не житье, а масленица!

Где отметить праздник весело и вкусно?

Лиза
Бессеребренники Бессеребренники

Как идеи режиссера Кирилла Серебренникова живут без него

Esquire
Я завидую Я завидую

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

Psychologies
Слиться с бобом Слиться с бобом

О чем думают спортсмены перед олимпийским стартом в Корее

Русский репортер
Обнять и плакать Обнять и плакать

Ксения Собчак о мужском эго, которое мешает ей стать президентом

GQ
Открыть в приложении