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
Союз нерушимый Союз нерушимый

Программист из Белоруссии создал совместное предприятие с «1С»

Forbes
Искусственный интеллект глупее пчелы. Пока Искусственный интеллект глупее пчелы. Пока

Cо временем компьютерные нейросети станут умнее человека

Forbes
Начнем с малого Начнем с малого

Домашние тренировки для мамы с ребенком

Glamour
На лице написано На лице написано

Алгоритмы распознавания лиц понемногу превращаются во всевидящее око

Популярная механика
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
Кулинары всех стран Кулинары всех стран

Как устроен кластер этнических ресторанов при РУДН

РБК
Идея! Идея!

Режь как шеф-повар, добыча светящегося порошка, редкий брак

Maxim
Сделать из квартиры хостел Сделать из квартиры хостел

Это может быть полезно, если учесть, что хостелы в квартирах, возможно, запретят

Maxim
Почем сегодня слезинка ребенка? Почем сегодня слезинка ребенка?

Дети стали хорошо продаваемым товаром на отечественном ТВ

СНОБ
Интеллект для самолета Интеллект для самолета

Многофункциональная боевая машина следующего поколения

Популярная механика
Катерина Мурашова: Еще одна реальность Катерина Мурашова: Еще одна реальность

Почему все врут? История подростка Филиппа, который нашел свой ответ

СНОБ
Анна Самохина. Она говорила со своим ангелом Анна Самохина. Она говорила со своим ангелом

В январе Анне Самохиной могло бы исполниться 55

Лиза
Вогнал в краску Вогнал в краску

Яркий интерьер дом на Кап-Ферра

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

Искусственный интеллект завоюет все пространство или у нас есть шанс?

Psychologies
Фитнес на снегу Фитнес на снегу

Тренировки на свежем воздухе укрепляют иммунитет

Лиза
Модель дома Модель дома

Удивив всех, Поппи Делевинь переехала жить на тихую окраину

Vogue
Холст, масло Холст, масло

Художник Григорий Масленников, его мебель, панно и философия

AD
Все, что пожелаешь! Воспитываем короля? Все, что пожелаешь! Воспитываем короля?

К чему приводит вседозволенность в воспитании ребенка?

Лиза
Под крышей дома своего Под крышей дома своего

Квартира с мансардой на последнем этаже сталинского дома

AD
Оружие для любого американца — то же самое, что шляпа для ковбоя Оружие для любого американца — то же самое, что шляпа для ковбоя

Почему владение оружием остается неотъемлемым правом американцев

СНОБ
Отряд Летучий Отряд Летучий

Телеведущая Лена Летучая занялась инспекцией российских школ и больниц

Домашний Очаг
100 самых стильных 2018 – Россия 100 самых стильных 2018 – Россия

Традиционный рейтинг самых стильных людей России

GQ
Селективное восприятие Селективное восприятие

Как сделать интерьер спальни менее скучным

AD
Алексей Миранчук Алексей Миранчук

Новая надежда российского футбола

Esquire
Хорошие Маннеры Хорошие Маннеры

Сказочный замок главных сестричек Англии

Tatler
Без будущего в кармане Без будущего в кармане

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

СНОБ
Мой дом – моя крепость Мой дом – моя крепость

Как выбрать самые надежные железные решетки для окон и не переплатить

Лиза
Четыре комнаты Четыре комнаты

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

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
Открыть в приложении