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
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
За миллиард лет до 8 марта За миллиард лет до 8 марта

Какие праздники женщины придумали для себя и отмечали тайком от мужчин

Maxim
Катерина Мурашова: Опознать свои чувства Катерина Мурашова: Опознать свои чувства

Что отделяет эмоционального ребенка от ребенка с неврологическими проблемами?

СНОБ
Общее дело Общее дело

Кубанское братство, тульский хаб и кемеровский кооператив

РБК
Картинки с выставки Картинки с выставки

Квартира в Санкт-Петербурге с комнатами-достопримечательностями Северной столицы

AD
Ураганная энергия Ураганная энергия

Как направить в мирное русло энергию ураганов

Популярная механика
Женщина сегодня Женщина сегодня

Как изменилась женщина за 100 лет

Домашний Очаг
«Запуганный доктор — плохой доктор». Активист медпрофсоюза об уголовном преследовании врачей «Запуганный доктор — плохой доктор». Активист медпрофсоюза об уголовном преследовании врачей

Пациенты боятся докторов, а доктора — пациентов. Можно ли исправить ситуацию?

СНОБ
Не житье, а масленица! Не житье, а масленица!

Где отметить праздник весело и вкусно?

Лиза
5 технологий, которые изменят мир в 2018 году 5 технологий, которые изменят мир в 2018 году

Главные тренды по версии Массачусетского технологического института

Esquire
«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!
Пища для ума Пища для ума

Может ли глобальное сохранение продуктов стать панацеей от сверхпотребления

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

Традиционный рейтинг самых стильных людей России

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

Искусственный интеллект завоюет все пространство или у нас есть шанс?

Psychologies
У народа этот праздник не отобрать У народа этот праздник не отобрать

Почему «мужской праздник» навсегда останется с нами

СНОБ
Этери Тутберидзе: да, нет, знаю Этери Тутберидзе: да, нет, знаю

«Растить спортсмена — как дом строить»

Glamour
Келья для доктора Келья для доктора

Почему Елену Мисюрину обвинили в гибели пациента и на что закрыл глаза суд

Русский репортер
Жесткое ретро Жесткое ретро

Настя Ивлеева – девушка, которая зарабатывает на жизнь своим чувством юмора

Maxim
Владимир Качан. Про друга Владимир Качан. Про друга

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

Караван историй
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
Июнь Ли: Добрее одиночества. Фрагмент романа Июнь Ли: Добрее одиночества. Фрагмент романа

Отрывок из истории трех людей, жизнь которых резко переменилась

СНОБ
Меню долголетия: что добавить в рацион Меню долголетия: что добавить в рацион

Некоторые продукты даже в самых минимальных количествах обладают уникальным действием на организм. Они ускоряют обмен веществ, замедляют старение и повышают работоспособность. К тому же они делают ежедневный рацион интереснее и разнообразней.

Psychologies
Модель дома Модель дома

Удивив всех, Поппи Делевинь переехала жить на тихую окраину

Vogue
Почему вам не удается заняться спортом: 5 причин Почему вам не удается заняться спортом: 5 причин

«Начну тренироваться с понедельника» — самая распространенная отговорка, позволяющая отсрочить занятия фитнесом. Однако понедельники проходят, и ничего не меняется. Что мешает большинству людей встать с дивана и начать заниматься?

Psychologies
«Как мы пережили поездку на Олимпиаду»: россияне о путешествии в Пхенчхан-2018 «Как мы пережили поездку на Олимпиаду»: россияне о путешествии в Пхенчхан-2018

О том, какими были Игры  с точки зрения обычного российского туриста

Esquire
Средство от укусов Средство от укусов

Главная нечисть Голливуда Роберт Паттинсон уходит в артхаус

GQ
Компромисс Компромисс

Чем Nissan Teana второго поколения (J32) уступила застрельщице Camry

АвтоМир
Плот больного воображения Плот больного воображения

Яхтсмен Дональд Краухерст – самый загадочный горемыка яхтенного спорта

Maxim
Битва городов Битва городов

Где же все-таки лучше и дешевле отдыхать?

Лиза
Открыть в приложении