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
Полет валькирии Полет валькирии

Телеведущая Елена Летучая примеряет образ кинодивы 1950-х годов

Esquire
Комсомольский Комсомолец Комсомольский Комсомолец

Уголок желтой прессы

Maxim
Поймай его, если сможешь Поймай его, если сможешь

Интервью с героем нового сезона шоу «Холостяк» Егором Кридом

Glamour
Сложное кино Сложное кино

Маленькая студия Lateral Summer делает фильмы в передовых форматах

РБК
Саша Щипин: Рожки да ножки Саша Щипин: Рожки да ножки

В «Убийстве священного оленя» Йоргоса Лантимоса герои теряют все человеческое

СНОБ
Полет бумеранга Полет бумеранга

Гибрид самолета, вертолета, конвертоплана и автожира

Популярная механика
Американские герои Американские герои

Как и на чем зарабатывает российский офис The Walt Disney Company

РБК
Без будущего в кармане Без будущего в кармане

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

СНОБ
Мозаика севера Мозаика севера

Зимний пробег по Архангельской области

АвтоМир
Гречка Гречка

История Насти Ивановой достойна того, чтобы быть снятой в сериале «Винил»

Esquire
Всеволод Иванов Всеволод Иванов

Из всех советских писателей Всеволод Иванов был наиболее плодовит

Дилетант
Анна Козлова Анна Козлова

Читать книги Анны Козловой – все равно что искать границы собственной морали

Esquire
Сами с ушами Сами с ушами

Рассказываем вам о впечатлениях от Disneyland

Добрые советы
Московский RER Московский RER

Как развивался предшественник столичного наземного метро

Forbes
Новых мигрантов невозможно интегрировать старыми средствами Новых мигрантов невозможно интегрировать старыми средствами

Почему Рахмат Акилов решил отомстить стране, принимающей беженцев

СНОБ
День матери. Джордж Сондерс День матери. Джордж Сондерс

Esquire перевел и впервые публикует рассказ «День матери» на русском языке

Esquire
И это все о НЕЙ И это все о НЕЙ

Борис Шапиро напоминает о нескольких особенностях женской психики

Psychologies
Игра на выживание Игра на выживание

Запрещенный фильм «Смерть Сталина» появился в западных онлайн-кинотеатрах

СНОБ
Просим добавки! Просим добавки!

Принимаем витамины правильно

Cosmopolitan
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
Окно в Азию Окно в Азию

67‑метровая московская квартира с азиатскими мотивами

AD
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
Технотренды 2018 Технотренды 2018

От «умной» кухни до электромобиля: какие новинки ждут нас в 2018 году

CHIP
Хлоя Бенджамин:Бессмертники Хлоя Бенджамин:Бессмертники

Фрагмент романа Хлои Бенджамин «Бессмертники» в переводе Марины Извековой

СНОБ
Самые запоминающиеся мужские смокинги церемонии «Оскар» Самые запоминающиеся мужские смокинги церемонии «Оскар»

За последние 90 лет церемония «Оскар» подарила нам немало запоминающихся образов

GQ
Фитнес на снегу Фитнес на снегу

Тренировки на свежем воздухе укрепляют иммунитет

Лиза
Катерина Мурашова: Еще одна реальность Катерина Мурашова: Еще одна реальность

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

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
Я не подарок Я не подарок

Можно ли сделать так, чтобы любимый научился выбирать подарки?

Добрые советы
Открыть в приложении