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
Хорошие Маннеры Хорошие Маннеры

Сказочный замок главных сестричек Англии

Tatler
Осторожно! Прекрасный пол Осторожно! Прекрасный пол

Когда-то женщина считалась врагом человека, ею пугали мальчиков на ночь глядя

Maxim
Давид Фельдман: Четыре вида террора. Как государства и одиночки управляют обществом Давид Фельдман: Четыре вида террора. Как государства и одиночки управляют обществом

Как и когда террор стал методом управления обществом?

СНОБ
Колыбель гениев Колыбель гениев

Отправление во Флоренцию по следам гениев прошлого и в поисках гениев настоящего

Вокруг света
Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение

Дом – это не только крепость, но и лекарство!

Лиза
24 часа наедине с мужчиной 24 часа наедине с мужчиной

Всякий уважающий себя самец должен круглые сутки быть на высоте

Playboy
Алексей Алексенко: Попытка объяснить все непонятное разом Алексей Алексенко: Попытка объяснить все непонятное разом

Биологи связали воедино странные истории, которые не стали от этого понятнее

СНОБ
Зачистка и рывок Зачистка и рывок

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

СНОБ
Технотренды 2018 Технотренды 2018

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

CHIP
Mitsubishi Pajero Mitsubishi Pajero

Технически сложный автомобиль отнюдь недешев в содержании

АвтоМир
Матросская вышина Матросская вышина

Илья Лагутенко – о морях, кораблях, новом альбоме и Центробанке

Esquire
Городские истории Городские истории

Московская квартира в духе современной городской классики

AD
«Всегда всё делаю сам» «Всегда всё делаю сам»

Создатель музыкальной группы Pizza певец и композитор Сергей Приказчиков

OK!
Порядок дома — порядок в голове: 7 правил Порядок дома — порядок в голове: 7 правил

Все вещи на своих местах, на полках нет пыли, одежда не валяется повсюду — идиллическая картина, увы, недостижимая для многих. На самом деле поддерживать порядок дома не так сложно. Прежде всего нужно прекратить бездумно покупать и складировать ненужные вещи, уверен Джошуа Беккер, автор популярного блога Becoming Minimalist.

Psychologies
Общее дело Общее дело

Кубанское братство, тульский хаб и кемеровский кооператив

РБК
В постели с врагом В постели с врагом

Какие привычки больше всего раздражают нас (и их) в постели

Cosmopolitan
Под крышей дома своего Под крышей дома своего

Квартира с мансардой на последнем этаже сталинского дома

AD
Неудержимая Неудержимая

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

Maxim
Стильная мира сего Стильная мира сего

Актриса Анна Чиповская примеряет образ сильной женщины

Glamour
«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
Станислав Сажин Станислав Сажин

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

Esquire
Смутный день календаря Смутный день календаря

Почему создание революционной армии отмечают сейчас

СНОБ
Трижды семь Трижды семь

Сравнительный тест-драйв трех больших семиместных автомобилей

АвтоМир
Будь готов, генацвале! Будь готов, генацвале!

Знакомимся с культурными, кулинарными и историческими традициями Грузии

Quattroruote
Татьяна Краснова: У нас так не принято Татьяна Краснова: У нас так не принято

Стыд за свое отечество как важная составляющая воспитания патриотизма

СНОБ
Вогнал в краску Вогнал в краску

Яркий интерьер дом на Кап-Ферра

AD
О да, еда! О да, еда!

Фоторедактор Ольга Исакова делится впечатлениями от гастропутешествия по Италии

Cosmopolitan
Юрий Сорокин: Назло доктору Юрий Сорокин: Назло доктору

Отрывок из книги о женском алкоголизме

СНОБ
Лучший стритстайл из Милана Лучший стритстайл из Милана

Закончилась женская Неделя моды в Милане

GQ
Открыть в приложении