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
Кто заменит «Игру престолов»? Кто заменит «Игру престолов»?

Фэнтези-сериалы ближайшего будущего

Мир Фантастики
Смех в начале тоннеля Смех в начале тоннеля

Смешные симптомы серьезных болезней

Maxim
«Если бы мы жили на острове, мы были бы счастливы» «Если бы мы жили на острове, мы были бы счастливы»

Агния Дитковските и Алексей Чадов — о своих отношениях и общем сыне Фёдоре

OK!
Секс по телефону Секс по телефону

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

GQ
Мозаика севера Мозаика севера

Зимний пробег по Архангельской области

АвтоМир
В подземелье живых камней В подземелье живых камней

Недра гор Венесуэлы задают вопрос: возможно ли развитие жизни по иному пути?

GEO
Гречка Гречка

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

Esquire
Фитнес на снегу Фитнес на снегу

Тренировки на свежем воздухе укрепляют иммунитет

Лиза
“Позитивное мышление способно усугубить проблему” “Позитивное мышление способно усугубить проблему”

Разговор с гештальт-терапевтом Андреем Юдиным

Psychologies
Катерина Мурашова: Еще одна реальность Катерина Мурашова: Еще одна реальность

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

СНОБ
Дежурные по планете Дежурные по планете

Как энтузиасты из разных стран заботятся об окружающей среде

СНОБ
Ренато, который дает людям второй шанс Ренато, который дает людям второй шанс

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

СНОБ
Хлоя Бенджамин:Бессмертники Хлоя Бенджамин:Бессмертники

Фрагмент романа Хлои Бенджамин «Бессмертники» в переводе Марины Извековой

СНОБ
Бухта Халонг, Вьетнам Бухта Халонг, Вьетнам

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

Maxim
Практичный подход Практичный подход

Как избавиться от ощущения остановки, «потолка»? Какие цели ставить?

Psychologies
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
«Всегда всё делаю сам» «Всегда всё делаю сам»

Создатель музыкальной группы Pizza певец и композитор Сергей Приказчиков

OK!
Выстрел века. 140 лет покушению Веры Засулич Выстрел века. 140 лет покушению Веры Засулич

Как одно неудачное покушение сделало политический терроризм оправданным

СНОБ
Некоторые женятся Некоторые женятся

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

Psychologies
Cвежая Крофт Cвежая Крофт

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

Glamour
Игры Игры

Как «сундуки» с артефактами рассорили геймеров с игровыми студиями

РБК
Саша Щипин: Спасись и сохранись Саша Щипин: Спасись и сохранись

«Видоизмененный углерод» — слишком добротный и сбалансированный сериал

СНОБ
Как перекусывать, чтобы не набирать вес Как перекусывать, чтобы не набирать вес

В нашем сознании перекус часто ассоциируется с вредной привычкой, однозначно ведущей к появлению лишних килограммов. Между тем диетологи совершенно не против пары перекусов в течение дня. Важно лишь соблюдать несколько правил.

Psychologies
Флага не дали, но дали медали: как прошла Олимпиада для России Флага не дали, но дали медали: как прошла Олимпиада для России

Праздник зимнего спорта мы не хотели пропускать, и неважно, что флаг не дают

Esquire
Кросс на цыпочках Кросс на цыпочках

Kia Rio X-Line – Renault Sandero Stepway

АвтоМир
Картинки с выставки Картинки с выставки

Квартира в Санкт-Петербурге с комнатами-достопримечательностями Северной столицы

AD
Миллиардер и его спонсоры Миллиардер и его спонсоры

Вопросов к победившему на выборах в США все больше

СНОБ
50 самых стильных мужчин России в 2018 году 50 самых стильных мужчин России в 2018 году

За этой половиной списка 100 стильных мы наблюдаем с особенной гордостью

GQ
Анатомия потехи Анатомия потехи

Откуда берется чувство юмора и есть ли от него прок

Maxim
Открыть в приложении