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
Дежурные по планете Дежурные по планете

Как энтузиасты из разных стран заботятся об окружающей среде

СНОБ
Ах, какое блаженство Ах, какое блаженство

У Блейк Лайвли есть все, что нужно, чтобы называться совершенством

Glamour
Адриана Имж: О чем молчат мужчины Адриана Имж: О чем молчат мужчины

Быть мужчиной в России означает соответствовать множеству стереотипов

СНОБ
Общее дело Общее дело

Кубанское братство, тульский хаб и кемеровский кооператив

РБК
Citroën C3 Aircross Citroën C3 Aircross

Оригинальный дизайн заметно выделяет «француза» на фоне конкурентов

Quattroruote
Летающий автомобиль Атаманова Летающий автомобиль Атаманова

Пятиместный автомобиль, первый полет которого планируется уже в сентябре

Популярная механика
Ручная работа Ручная работа

Карина Андоленко готовит блюдо, знакомое ей с детства

OK!
Призрак Олимпиады: почему гостиницы в Сочи терпят убытки Призрак Олимпиады: почему гостиницы в Сочи терпят убытки

Что мешает Сочи развиваться по примеру лучших международных курортов?

Forbes
Царство бесчеловечности Царство бесчеловечности

О причинах возникновения и способах лечения бесчеловечности

СНОБ
Вогнал в краску Вогнал в краску

Яркий интерьер дом на Кап-Ферра

AD
Игра на выживание Игра на выживание

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

СНОБ
Илья Федотов-Федоров Илья Федотов-Федоров

Художник Илья Федотов-Федоров знает ответы на многие странные вопросы

Esquire
Спальня Спальня

Семь интерьеров спален в разных стилях

AD
Георгий Троян Георгий Троян

Первый повар, сумевший подружиться с открытым огнем

Esquire
Трижды семь Трижды семь

Сравнительный тест-драйв трех больших семиместных автомобилей

АвтоМир
“Позитивное мышление способно усугубить проблему” “Позитивное мышление способно усугубить проблему”

Разговор с гештальт-терапевтом Андреем Юдиным

Psychologies
«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
Секс, наркотики, экзистенциализм Секс, наркотики, экзистенциализм

Жан-Поль Сартр – не такой философ, как все

Maxim
Комсомольский Комсомолец Комсомольский Комсомолец

Уголок желтой прессы

Maxim
Наваристые блины Наваристые блины

Суп на Масленицу

Огонёк
Взять высоту Взять высоту

7 горнолыжных курортов за границей с демократичными ценами

Лиза
Нечеловечески любимые Нечеловечески любимые

Границы человеческой любви к собакам

Огонёк
Буря в пустыне Буря в пустыне

Марго Робби сбежала из Голливуда в пустынную глушь, чтобы не отвлекаться от кино

Vogue
Паровое наследие Паровое наследие

Накануне китайского нового года самое время приготовить пельмени с креветками

Огонёк
Селективное восприятие Селективное восприятие

Как сделать интерьер спальни менее скучным

AD
Volvo XC90 Volvo XC90

XC90 действительно хорош, но все же не без греха

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

Возможно ли вылечить это пока неизлечимое заболевание — рассеянный склероз

Psychologies
Лучшие музыкальные релизы февраля Лучшие музыкальные релизы февраля

Вспоминаем самые интересные новинки месяца

Esquire
«Футляр от виолончели» «Футляр от виолончели»

Телеграм-канал о скандалах, воровстве, чиновниках и судебных исках

Esquire
Открыть в приложении