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

Что означает фраза «ответственное потребление» применительно к еде

СНОБ
Землянам, до востребования Землянам, до востребования

Солнечную систему посетил объект, прилетевший к нам от другой звезды

Популярная механика
Неудержимая Неудержимая

Светлана Лебедева не любит мелочиться: если уж бороться, то сразу с пятерыми

Maxim
Секс по телефону Секс по телефону

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

GQ
Анна Алексеева: Забытый зажим, неправильный диагноз. 5 историй о врачебных ошибках Анна Алексеева: Забытый зажим, неправильный диагноз. 5 историй о врачебных ошибках

Истории об ошибочных действиях медиков, которые стоили пациентам здоровья

СНОБ
Одна на всех Романовых Одна на всех Романовых

Матильда Кшесинская прожила долгую и счастливую жизнь

Дилетант
Юрий Сорокин: Назло доктору Юрий Сорокин: Назло доктору

Отрывок из книги о женском алкоголизме

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

Традиционный рейтинг самых стильных людей России

GQ
«Я девушка, которая бегает с мачете в руках по Амазонии» «Я девушка, которая бегает с мачете в руках по Амазонии»

Телеведущая Регина Тодоренко решила начать с чистого листа

OK!
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

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
Анатомия потехи Анатомия потехи

Откуда берется чувство юмора и есть ли от него прок

Maxim
Некоторые женятся Некоторые женятся

Что заставляет людей быть вместе и чего ждать от брака в будущем?

Psychologies
Переиздание культовых вещей прошлых лет — главный тренд года Переиздание культовых вещей прошлых лет — главный тренд года

Ольга Михайловская о том, почему старая любовь вспыхнула с новой силой

Vogue
Дом с ярким характером Дом с ярким характером

Интерьер квартиры на Старом Арбате, где уживаются самые разные стили

Домашний Очаг
Спальный уголок Спальный уголок

Думаешь, в небольшой однокомнатной квартире нет места для полноценной кровати?

Лиза
5 шагов к собственному стилю 5 шагов к собственному стилю

Полный шкаф, а надеть нечего — знакомая ситуация? Возможно, дело в том, что вы покупаете одежду, которая считается модной, а потом не понимаете, как ее носить и комбинировать. Значит, первым делом нужно найти свой стиль. В этом помогут пять упражнений.

Psychologies
Под крышей дома своего Под крышей дома своего

Квартира с мансардой на последнем этаже сталинского дома

AD
Средство от укусов Средство от укусов

Главная нечисть Голливуда Роберт Паттинсон уходит в артхаус

GQ
Мир, дружба, жвачка Мир, дружба, жвачка

Не нужно избегать споров, они делают вас ближе, лучше научись ими управлять

Cosmopolitan
Всеволод Иванов Всеволод Иванов

Из всех советских писателей Всеволод Иванов был наиболее плодовит

Дилетант
Опасные связи Опасные связи

Токсичными бывают отходы, вещества… и люди

Cosmopolitan
«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
Ритмы Абу-Даби Ритмы Абу-Даби

Не ищи машину времени, а купи билет до Абу-Даби

Cosmopolitan
Ренато, который дает людям второй шанс Ренато, который дает людям второй шанс

Ренато Грбич, 55-летний сербский ресторатор — и спасатель самоубийц

СНОБ
Cвежая Крофт Cвежая Крофт

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

Glamour
Живые огни Живые огни

К растительным настольным лампам и деревьям-фонарям ведет несколько путей

Популярная механика
7 сумасшедших японских фильмов, которые никогда не осмелятся переснять в Голливуде 7 сумасшедших японских фильмов, которые никогда не осмелятся переснять в Голливуде

Супергерой-извращенец? Да! Вагина-огнемет? Тоже есть!

Maxim
У народа этот праздник не отобрать У народа этот праздник не отобрать

Почему «мужской праздник» навсегда останется с нами

СНОБ
Открыть в приложении