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
Всеволод Иванов Всеволод Иванов

Из всех советских писателей Всеволод Иванов был наиболее плодовит

Дилетант
Секс по телефону Секс по телефону

Феминистка, интеллектуалка и звезда кино для взрослых, известная как Стоя

GQ
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
Мифическая палеонтология. Древние животные в фольклоре прошлого и настоящего Мифическая палеонтология. Древние животные в фольклоре прошлого и настоящего

Издревле человек «населял» леса, моря и горы разными мистическими существами

Наука и техника
50 самых стильных иностранцев в 2018 году 50 самых стильных иностранцев в 2018 году

Те, кто заработал себе место в списке самых стильных иностранцев

GQ
Ураганная энергия Ураганная энергия

Как направить в мирное русло энергию ураганов

Популярная механика
Человек, который очищает мир от мусора Человек, который очищает мир от мусора

«Сноб» встретился с Райнером Нылваком

СНОБ
Это уже слишком! Это уже слишком!

Где, по мнению мужчин, проходит грань между сексуальностью и пошлостью?

Cosmopolitan
Алексей Миранчук Алексей Миранчук

Новая надежда российского футбола

Esquire
Вьетнам: за супом фо! Вьетнам: за супом фо!

7 причин, чтобы собрать чемоданы и отправиться в страну вечного лета

Лиза
От русского до исламского. Как террор стал методом борьбы От русского до исламского. Как террор стал методом борьбы

Глеб Павловский: Мы вполне можем стать свидетелями новых форм террора

СНОБ
Георгий Троян Георгий Троян

Первый повар, сумевший подружиться с открытым огнем

Esquire
Практичный подход Практичный подход

Как избавиться от ощущения остановки, «потолка»? Какие цели ставить?

Psychologies
«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
Раздражение богов. Как прошло обсуждение фильма «Убийство священного оленя» Раздражение богов. Как прошло обсуждение фильма «Убийство священного оленя»

Что связывает этот фильм «Убийство священного оленя» и древнегреческую мифологию

СНОБ
Зачистка и рывок Зачистка и рывок

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

СНОБ
Спальня Спальня

Семь интерьеров спален в разных стилях

AD
Хорошие Маннеры Хорошие Маннеры

Сказочный замок главных сестричек Англии

Tatler
Триумф воли Триумф воли

Полина Киценко о том, как сделать ребенка героем спорта

Tatler
Американские герои Американские герои

Как и на чем зарабатывает российский офис The Walt Disney Company

РБК
Ханья Янагихара: Люди среди деревьев Ханья Янагихара: Люди среди деревьев

Фрагмент романа Ханьи Янагихары «Люди среди деревьев»

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

«Растить спортсмена — как дом строить»

Glamour
Философия жадности Философия жадности

Почему современные женщины оценивают мужчин по размеру кошелька

СНОБ
Токсичный рыбкагейт и ихтамнет-2 Токсичный рыбкагейт и ихтамнет-2

Словарный запас. Выпуск 45

СНОБ
Что ожидать от Недели моды в Париже осень-зима 2018 Что ожидать от Недели моды в Париже осень-зима 2018

Рассказываем, за кем следить и какие события точно нельзя пропустить

Vogue
Картинки с выставки Картинки с выставки

Квартира в Санкт-Петербурге с комнатами-достопримечательностями Северной столицы

AD
Припасть к источнику Припасть к источнику

Минеральные воды грязи, рапа... За ними необязательно ехать на Мертвое море

Лиза
«Откопаем машину. Цена договорная» «Откопаем машину. Цена договорная»

Крупнейшие снегопады немедленно привели к появлению на рынке новых услуг

АвтоМир
Станислав Сажин Станислав Сажин

Станислав Сажин – генеральный директор соцсети для врачей «Доктор на работе»

Esquire
Открыть в приложении