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
Андрей Левкин: А Hommage to Jakob Böhme, частному лицу Андрей Левкин: А Hommage to Jakob Böhme, частному лицу

Невозможный для пересказа текст Андрея Левкина

СНОБ
Че вам надо Че вам надо

Стивен Смит отправляется в Аргентину и находит родного брата Че Гевары

Esquire
Citroën C3 Aircross Citroën C3 Aircross

Оригинальный дизайн заметно выделяет «француза» на фоне конкурентов

Quattroruote
Евангелие от сельдерея Евангелие от сельдерея

Орторексия – болезненная зависимость от здоровой еды

Maxim
Добро пожаловать в «высший класс»! Добро пожаловать в «высший класс»!

Стоит ли хорошо оснащенный флагманский смартфон своих денег?

CHIP
Бывший разработчик Apple внедрил искусственный интеллект в баскетбол Бывший разработчик Apple внедрил искусственный интеллект в баскетбол

Приложение, которое помогает улучшить навыки игры в баскетбол

РБК
Союз нерушимый Союз нерушимый

Программист из Белоруссии создал совместное предприятие с «1С»

Forbes
Без шума и пыли Без шума и пыли

Тестируем робот-пылесос

Домашний Очаг
Саша Щипин: Рожки да ножки Саша Щипин: Рожки да ножки

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

СНОБ
Пища для ума Пища для ума

Может ли глобальное сохранение продуктов стать панацеей от сверхпотребления

СНОБ
Без будущего в кармане Без будущего в кармане

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

СНОБ
Сальма Хайек. Отчаянная домохозяйка Сальма Хайек. Отчаянная домохозяйка

В его глазах я не была художником. Даже не была человеком. Я была куском мяса

Караван историй
Обнять и плакать Обнять и плакать

Ксения Собчак о мужском эго, которое мешает ей стать президентом

GQ
Человек, который очищает мир от мусора Человек, который очищает мир от мусора

«Сноб» встретился с Райнером Нылваком

СНОБ
Землянам, до востребования Землянам, до востребования

Солнечную систему посетил объект, прилетевший к нам от другой звезды

Популярная механика
Илья Федотов-Федоров Илья Федотов-Федоров

Художник Илья Федотов-Федоров знает ответы на многие странные вопросы

Esquire
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
Женщина сегодня Женщина сегодня

Как изменилась женщина за 100 лет

Домашний Очаг
Саша Щипин: Спасись и сохранись Саша Щипин: Спасись и сохранись

«Видоизмененный углерод» — слишком добротный и сбалансированный сериал

СНОБ
6 лайфхаков, чтобы быстрее выучить иностранный язык 6 лайфхаков, чтобы быстрее выучить иностранный язык

Все мы отличаемся удивительной нетерпеливостью. Так хочется, чтобы за одно мгновение незнакомый язык оказался в копилке подсознания. И на самом деле все не так сложно, как кажется! Эти советы помогут быстрее выучить иностранный язык.

Psychologies
Инопланетяне под лупой Инопланетяне под лупой

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

СНОБ
С закрытыми глазами С закрытыми глазами

Почему мы не можем жить без сна и умеет ли сова превращаться в жаворонка?

Добрые советы
100 самых стильных 2018 – International 100 самых стильных 2018 – International

Традиционный рейтинг самых стильных людей мира

GQ
Плот больного воображения Плот больного воображения

Яхтсмен Дональд Краухерст – самый загадочный горемыка яхтенного спорта

Maxim
Взять высоту Взять высоту

7 горнолыжных курортов за границей с демократичными ценами

Лиза
Июнь Ли: Добрее одиночества. Фрагмент романа Июнь Ли: Добрее одиночества. Фрагмент романа

Отрывок из истории трех людей, жизнь которых резко переменилась

СНОБ
Опасные связи Опасные связи

Токсичными бывают отходы, вещества… и люди

Cosmopolitan
Битва городов Битва городов

Где же все-таки лучше и дешевле отдыхать?

Лиза
Смутный день календаря Смутный день календаря

Почему создание революционной армии отмечают сейчас

СНОБ
Открыть в приложении