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
Женщина сегодня Женщина сегодня

Как изменилась женщина за 100 лет

Домашний Очаг
1996 год 1996 год

Срок первого президента РФ подошёл к концу, смута продолжается

Esquire
Ханья Янагихара: Люди среди деревьев Ханья Янагихара: Люди среди деревьев

Фрагмент романа Ханьи Янагихары «Люди среди деревьев»

СНОБ
Секс по телефону Секс по телефону

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

GQ
Под крышей дома своего Под крышей дома своего

Квартира с мансардой на последнем этаже сталинского дома

AD
24 часа наедине с мужчиной 24 часа наедине с мужчиной

Всякий уважающий себя самец должен круглые сутки быть на высоте

Playboy
Таймз Таймз

Эссе Эдуарда Лимонова

Esquire
Комментарии излишни Комментарии излишни

Как к тебе относится мужчина, можно понять по его «лайкам» и сообщениям

Лиза
Ручная работа Ручная работа

Карина Андоленко готовит блюдо, знакомое ей с детства

OK!
Игры Игры

Как «сундуки» с артефактами рассорили геймеров с игровыми студиями

РБК
Томас О’Крихинь: Островитянин Томас О’Крихинь: Островитянин

Фрагмент повести Томаса О’Крихиня

СНОБ
«Ненавижу, когда говорят, что нужно беречь себя» «Ненавижу, когда говорят, что нужно беречь себя»

Максим Аверин — пример артиста, который не боится ломать стереотипы

Добрые советы
Меж двух миров Меж двух миров

Телеведущая Первого канала отправилась в Марокко со своим любимым человеком

OK!
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
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
Как научиться понимать искусство и самого себя Как научиться понимать искусство и самого себя

Искусство — это образное отражение реальности, эдакое закодированное сообщение, которое нам нужно расшифровать. С ним мы сможем иначе смотреть на окружающий мир, стать эмоционально более зрелым человеком и расширить свой кругозор.

Psychologies
В поляризованном обществе для вспышки насилия достаточно косого взгляда В поляризованном обществе для вспышки насилия достаточно косого взгляда

Возможно ли остановить волну насилия среди школьников?

СНОБ
Volvo XC90 Volvo XC90

XC90 действительно хорош, но все же не без греха

АвтоМир
Наивно думать, что вегетарианцы помогают планете Наивно думать, что вегетарианцы помогают планете

Что означает фраза «ответственное потребление» применительно к еде

СНОБ
Cвежая Крофт Cвежая Крофт

Обладательница «Оскара» Алисия Викандер — о роли Крофт, уроках балета и караоке

Glamour
Наваристые блины Наваристые блины

Суп на Масленицу

Огонёк
«Человек, который развалил СССР». Кто такой Джин Шарп и почему его называют «отцом цветных революций» «Человек, который развалил СССР». Кто такой Джин Шарп и почему его называют «отцом цветных революций»

История Джина Шарпа, политолога и идеолога ненасильственных революций

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

«Растить спортсмена — как дом строить»

Glamour
Бухта Халонг, Вьетнам Бухта Халонг, Вьетнам

Перед тобой одна из стран, в которую еще можно выезжать любому россиянину

Maxim
Почем сегодня слезинка ребенка? Почем сегодня слезинка ребенка?

Дети стали хорошо продаваемым товаром на отечественном ТВ

СНОБ
Битва городов Битва городов

Где же все-таки лучше и дешевле отдыхать?

Лиза
Молодые, да поздние Молодые, да поздние

Ученые утверждают, что мы теперь дольше взрослеем

Огонёк
«Мне пришлось переехать в другой город». Три истории о порномести «Мне пришлось переехать в другой город». Три истории о порномести

Пострадавшие от порномести рассказали о ее последствиях

СНОБ
Холст, масло Холст, масло

Художник Григорий Масленников, его мебель, панно и философия

AD
Открыть в приложении