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
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
Бывший инженер Google предлагает каждому спрограммировать аналог Pokémon Go Бывший инженер Google предлагает каждому спрограммировать аналог Pokémon Go

Каждый может устроить приключение в дополненной реальности

РБК
Артур Хачуян Артур Хачуян

Артур Хачуян – создатель главного российского BigData-алгоритма

Esquire
Карта дня беспилотника Карта дня беспилотника

Как города России готовятся к появлению беспилотных автомобилей

Популярная механика
Торжество цивилизации Торжество цивилизации

Иван Давыдов: Власть в стране стала более прогрессивной

СНОБ
Эффект Франклина Эффект Франклина

Человек со стодолларовой купюры был гением лайф-менеджмента

Вокруг света
Что нужно знать о “Черной пантере” и почему все сходят от нее с ума Что нужно знать о “Черной пантере” и почему все сходят от нее с ума

“Черная пантера” добралась до российского проката только сейчас

Esquire
Инопланетяне под лупой Инопланетяне под лупой

О том, как рассматривать далекие планеты, чтобы не попасть впросак

СНОБ
Комсомольский Комсомолец Комсомольский Комсомолец

Уголок желтой прессы

Maxim
Саша Щипин: Рожки да ножки Саша Щипин: Рожки да ножки

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

СНОБ
Не житье, а масленица! Не житье, а масленица!

Где отметить праздник весело и вкусно?

Лиза
Вьетнам: за супом фо! Вьетнам: за супом фо!

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

Лиза
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
Игры, в которые играют люди Игры, в которые играют люди

7 главных историй Олимпиады в Пхенчхане

Русский репортер
Андрей Левкин: А Hommage to Jakob Böhme, частному лицу Андрей Левкин: А Hommage to Jakob Böhme, частному лицу

Невозможный для пересказа текст Андрея Левкина

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

Традиционный рейтинг самых стильных людей России

GQ
Сердце Востока Сердце Востока

Дубай — город неограниченных возможностей

OK!
Через тернии в отпуск Через тернии в отпуск

Александр Петров — о растущей популярности и своих новых ролях

Glamour
Токсичный рыбкагейт и ихтамнет-2 Токсичный рыбкагейт и ихтамнет-2

Словарный запас. Выпуск 45

СНОБ
Всеволод Иванов Всеволод Иванов

Из всех советских писателей Всеволод Иванов был наиболее плодовит

Дилетант
Царство бесчеловечности Царство бесчеловечности

О причинах возникновения и способах лечения бесчеловечности

СНОБ
Чудные люди Чудные люди

Пять человек, чьи необычные хобби незаметно меняют жизни людей вокруг них

СНОБ
«Я всегда хотел быть героем» «Я всегда хотел быть героем»

Интервью с актером Владимиром Яглычем

OK!
100 самых стильных 2018 – International 100 самых стильных 2018 – International

Традиционный рейтинг самых стильных людей мира

GQ
Дорогие россияне! Дорогие россияне!

Мы отправили Ксению Собчак на встречу с избирателями — на хлебозавод

Tatler
Американские герои Американские герои

Как и на чем зарабатывает российский офис The Walt Disney Company

РБК
Илья Демуцкий Илья Демуцкий

Композитор, за которым скандалы ходят по пятам

Esquire
“Я планирую стать веселой парижской старушкой!” “Я планирую стать веселой парижской старушкой!”

Диана Крюгер убеждена: нет ничего практичнее отчаянных поступков

Psychologies
Где побывать и что посмотреть в Париже во время Недели моды Где побывать и что посмотреть в Париже во время Недели моды

4 выставки и целых 11 кафе, ресторанов и баров

Vogue
Открыть в приложении