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
Бессеребренники Бессеребренники

Как идеи режиссера Кирилла Серебренникова живут и без него

Esquire
Малый театр Малый театр

Корреспондент Esquire смотрит культовые спектакли в провинции

Esquire
Снежные кошки Снежные кошки

Окажутся ли занесенные снегом обледеневшие дороги по зубам Jaguar

АвтоМир
Евангелие от сельдерея Евангелие от сельдерея

Орторексия – болезненная зависимость от здоровой еды

Maxim
Пятьдесят черепах Пятьдесят черепах

История о женщине, которая спасает черепах, занесенных в Красную книгу

СНОБ
Сложное кино Сложное кино

Маленькая студия Lateral Summer делает фильмы в передовых форматах

РБК
Пошли по головам Пошли по головам

Скрабы и лосьоны, BB- и ночные кремы, маски и масла – уход за волосами все больше походит на ритуалы для лица. Что это – благо для наших голов или желание брендов побольше заработать?

Psychologies
Вьетнам: за супом фо! Вьетнам: за супом фо!

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

Лиза
Игры Игры

Как «сундуки» с артефактами рассорили геймеров с игровыми студиями

РБК
Найти за 60 минут Найти за 60 минут

Зачем сотрудницы крупных компаний в свободное время летают над темными лесами

Forbes
Катерина Мурашова: Опознать свои чувства Катерина Мурашова: Опознать свои чувства

Что отделяет эмоционального ребенка от ребенка с неврологическими проблемами?

СНОБ
Посмотри налево Посмотри налево

Арина Холина — о том, в чем настоящий смысл измены

СНОБ
Стоит быть аккуратнее Стоит быть аккуратнее

Что упустили и те, кто осудил российского актера, и те, кто его поддержал

СНОБ
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
Царство бесчеловечности Царство бесчеловечности

О причинах возникновения и способах лечения бесчеловечности

СНОБ
Игра на выживание Игра на выживание

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

СНОБ
Дорогие россияне! Дорогие россияне!

Мы отправили Ксению Собчак на встречу с избирателями — на хлебозавод

Tatler
Компромисс Компромисс

Чем Nissan Teana второго поколения (J32) уступила застрельщице Camry

АвтоМир
Toyota Land Cruiser Prado. Крепкий орешек Toyota Land Cruiser Prado. Крепкий орешек

За что переплачиваем? И переплачиваем ли?

АвтоМир
Томас О’Крихинь: Островитянин Томас О’Крихинь: Островитянин

Фрагмент повести Томаса О’Крихиня

СНОБ
Культурный код Культурный код

Как треска спасла человечество, открыла Америку и стала в Москве дефицитом

Tatler
Все, что пожелаешь! Воспитываем короля? Все, что пожелаешь! Воспитываем короля?

К чему приводит вседозволенность в воспитании ребенка?

Лиза
Как выбрать психолога? Как выбрать психолога?

Как понять, что перед тобой профессионал? Какое направление тебе подходит?

Cosmopolitan
Audi RS5 Audi RS5

Легкость купе в повседневной жизни не затмевает его истинного предназначения

Quattroruote
Припасть к источнику Припасть к источнику

Минеральные воды грязи, рапа... За ними необязательно ехать на Мертвое море

Лиза
Интеллект для самолета Интеллект для самолета

Многофункциональная боевая машина следующего поколения

Популярная механика
Ной на дне Ной на дне

Кто спасет бомжей от себя и от всемирного потопа

Русский репортер
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
«Как мы пережили поездку на Олимпиаду»: россияне о путешествии в Пхенчхан-2018 «Как мы пережили поездку на Олимпиаду»: россияне о путешествии в Пхенчхан-2018

О том, какими были Игры  с точки зрения обычного российского туриста

Esquire
Открыть в приложении