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
Нежные бури Нежные бури

Ваш ребенок впервые влюбился. Как ему помочь и оказать поддержку

Добрые советы
Рецидевицы Рецидевицы

Подруги твоей девушки могут представлять реальную угрозу вашим отношениям

Maxim
Адриана Имж: О чем молчат мужчины Адриана Имж: О чем молчат мужчины

Быть мужчиной в России означает соответствовать множеству стереотипов

СНОБ
Полет бумеранга Полет бумеранга

Гибрид самолета, вертолета, конвертоплана и автожира

Популярная механика
Вот так стена! Вот так стена!

Необычное оформление стен детской

Лиза
Елена Брусилова Елена Брусилова

Президент сети частных клиник «Медси» про любовь и конфликты в медицине

GQ
Компромисс Компромисс

Чем Nissan Teana второго поколения (J32) уступила застрельщице Camry

АвтоМир
«Рассеянный склероз — болезнь цивилизации» «Рассеянный склероз — болезнь цивилизации»

Возможно ли вылечить это пока неизлечимое заболевание — рассеянный склероз

Psychologies
Mitsubishi Pajero Mitsubishi Pajero

Технически сложный автомобиль отнюдь недешев в содержании

АвтоМир
Интеллект для самолета Интеллект для самолета

Многофункциональная боевая машина следующего поколения

Популярная механика
Сделать из квартиры хостел Сделать из квартиры хостел

Это может быть полезно, если учесть, что хостелы в квартирах, возможно, запретят

Maxim
Ужасный конец. Почему миллиардер Галицкий решил оставить «Магнит» Ужасный конец. Почему миллиардер Галицкий решил оставить «Магнит»

Как миллиардер Сергей Галицкий создавал «Магнит»

Forbes
Когда сестра не нужна Когда сестра не нужна

История о близнецах, которые выросли и поменялись ролями

СНОБ
Хорошие Маннеры Хорошие Маннеры

Сказочный замок главных сестричек Англии

Tatler
Что носили мужчины на этой неделе Что носили мужчины на этой неделе

Знаменательная неделя: Арми Хаммер надел что-то без полосок на брюках

GQ
Александр Мурашев: Демоны Алекса Дубаса Александр Мурашев: Демоны Алекса Дубаса

Радиоведущий Алекс Дубас, о том, как деньги меняют людей

СНОБ
“Позитивное мышление способно усугубить проблему” “Позитивное мышление способно усугубить проблему”

Разговор с гештальт-терапевтом Андреем Юдиным

Psychologies
Анна Козлова Анна Козлова

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

Esquire
Комсомольский Комсомолец Комсомольский Комсомолец

Уголок желтой прессы

Maxim
«Мне пришлось переехать в другой город». Три истории о порномести «Мне пришлось переехать в другой город». Три истории о порномести

Пострадавшие от порномести рассказали о ее последствиях

СНОБ
Владимир Качан. Про друга Владимир Качан. Про друга

Морально я был готов к Мишиной смерти, но известие о ней все равно прибило

Караван историй
100 самых стильных 2018 – Россия 100 самых стильных 2018 – Россия

Традиционный рейтинг самых стильных людей России

GQ
Не такие, как мальчики? Не такие, как мальчики?

Как воспитать девочку, советуют психологи

Домашний Очаг
Союз нерушимый Союз нерушимый

Программист из Белоруссии создал совместное предприятие с «1С»

Forbes
И это все о НЕЙ И это все о НЕЙ

Борис Шапиро напоминает о нескольких особенностях женской психики

Psychologies
«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!
На всех... угодишь! На всех... угодишь!

В нашем очередном обзоре самые интересные однодневные поездки из Москвы

Лиза
Городские истории Городские истории

Московская квартира в духе современной городской классики

AD
Евгения Кондрашина. Три последние секунды Евгения Кондрашина. Три последние секунды

О фильме "Движение вверх" и о том, как все было на самом деле

Караван историй
Открыть в приложении