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
Царство бесчеловечности Царство бесчеловечности

О причинах возникновения и способах лечения бесчеловечности

СНОБ
Призрак феминизма Призрак феминизма

От греха подальше мы поручили критику феминизма женщине

Maxim
Кросс на цыпочках Кросс на цыпочках

Kia Rio X-Line – Renault Sandero Stepway

АвтоМир
Ураганная энергия Ураганная энергия

Как направить в мирное русло энергию ураганов

Популярная механика
Все, что пожелаешь! Воспитываем короля? Все, что пожелаешь! Воспитываем короля?

К чему приводит вседозволенность в воспитании ребенка?

Лиза
Московский бизнесмен хочет выпустить криптовалюту для борьбы с рабством Московский бизнесмен хочет выпустить криптовалюту для борьбы с рабством

Криптовалюта HumanCoin фонда «Альтернатива» должна помочь в искоренении рабства

РБК
Не житье, а масленица! Не житье, а масленица!

Где отметить праздник весело и вкусно?

Лиза
«Игра в рулетку». Четыре истории о домашних родах «Игра в рулетку». Четыре истории о домашних родах

Люди, выбравшие необычные места для естественных родов, рассказали свои истории

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

Главные тренды по версии Массачусетского технологического института

Esquire
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
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
Где рожать? Советы по выбору роддома и врача Где рожать? Советы по выбору роддома и врача

Пора задуматься, где пройдут роды и какой врач будет рядом с вами

9 месяцев
На всех... угодишь! На всех... угодишь!

В нашем очередном обзоре самые интересные однодневные поездки из Москвы

Лиза
Хайку: вот и все стихотворенье Хайку: вот и все стихотворенье

Древнее японское искусство и сегодня пользуется успехом

Psychologies
«Рассеянный склероз — болезнь цивилизации» «Рассеянный склероз — болезнь цивилизации»

Возможно ли вылечить это пока неизлечимое заболевание — рассеянный склероз

Psychologies
Дочка отсчета Дочка отсчета

Что делать, если вы так и не смогли вырваться из-под маминого влияния

Добрые советы
«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
Взять высоту Взять высоту

7 горнолыжных курортов за границей с демократичными ценами

Лиза
Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение

Дом – это не только крепость, но и лекарство!

Лиза
Cамый полный фарш Cамый полный фарш

Кипящий котел балканской кухни

Psychologies
Заварить кашу Заварить кашу

Диетологи называют ее «царицей круп», и мы можем с ними только согласиться

Добрые советы
Ной на дне Ной на дне

Кто спасет бомжей от себя и от всемирного потопа

Русский репортер
«Просто иди и прыгай. И не забывай улыбаться»: почему Загитова выиграла Олимпиаду «Просто иди и прыгай. И не забывай улыбаться»: почему Загитова выиграла Олимпиаду

О главной победе на Олимпийских играх

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

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

Лиза
Отряд Летучий Отряд Летучий

Телеведущая Лена Летучая занялась инспекцией российских школ и больниц

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
Сами с ушами Сами с ушами

Рассказываем вам о впечатлениях от Disneyland

Добрые советы
Лукашенко убивает Сталина Лукашенко убивает Сталина

Колумнист «Сноба» рассуждает о судьбе кинопроката в России и Белоруссии

СНОБ
Девичьи грезы Девичьи грезы

Экологичный лофт с нотками Азии

AD
Открыть в приложении