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
Компромисс Компромисс

Чем Nissan Teana второго поколения (J32) уступила застрельщице Camry

АвтоМир
Целого мира мало Целого мира мало

Человечеству грозит дефицит самых простых минеральных ресурсов

Популярная механика
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
Стартап из Санкт-Петербурга делает из школьников «цифровых джедаев» Стартап из Санкт-Петербурга делает из школьников «цифровых джедаев»

Стартап, выпускающий оборудование для кружков робототехники

РБК
43 способа сэкономить время и деньги 43 способа сэкономить время и деньги

Советы для тех, кто готовит каждый день

Домашний Очаг
Полет бумеранга Полет бумеранга

Гибрид самолета, вертолета, конвертоплана и автожира

Популярная механика
Инопланетяне под лупой Инопланетяне под лупой

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

СНОБ
5 шагов к собственному стилю 5 шагов к собственному стилю

Полный шкаф, а надеть нечего — знакомая ситуация? Возможно, дело в том, что вы покупаете одежду, которая считается модной, а потом не понимаете, как ее носить и комбинировать. Значит, первым делом нужно найти свой стиль. В этом помогут пять упражнений.

Psychologies
Олег, Анна, Барселона Олег, Анна, Барселона

Интерьер в Барселоне, деликатно сохранивший все старинные детали

AD
Ручная работа Ручная работа

Карина Андоленко готовит блюдо, знакомое ей с детства

OK!
Зачем Стивен Содерберг снял “Не в себе” на айфон Зачем Стивен Содерберг снял “Не в себе” на айфон

Премьера нового фильма Стивена Содерберга, полностью снятого на айфон

Esquire
От русского до исламского. Как террор стал методом борьбы От русского до исламского. Как террор стал методом борьбы

Глеб Павловский: Мы вполне можем стать свидетелями новых форм террора

СНОБ
Неразделенные ценности Неразделенные ценности

Бельгия оказалась главным поставщиком террористов в «Исламское государство»

СНОБ
«Пятиэтажки нужно сносить». Испанский архитектор о жизни в Москве «Пятиэтажки нужно сносить». Испанский архитектор о жизни в Москве

Густаво Гонсалвес — о безопасности в Москве, «хрустальных» детях и о футболе

СНОБ
Кросс на цыпочках Кросс на цыпочках

Kia Rio X-Line – Renault Sandero Stepway

АвтоМир
Кулинары всех стран Кулинары всех стран

Как устроен кластер этнических ресторанов при РУДН

РБК
Неудержимая Неудержимая

Светлана Лебедева не любит мелочиться: если уж бороться, то сразу с пятерыми

Maxim
Под крышей дома своего Под крышей дома своего

Квартира с мансардой на последнем этаже сталинского дома

AD
Хорошие Маннеры Хорошие Маннеры

Сказочный замок главных сестричек Англии

Tatler
Голос Америки Голос Америки

Трейси Эллис Росс открыто говорит о сексуальности и дискриминации

Glamour
Высокие идеи Высокие идеи

Хранение «под потолком» по-прежнему актуально

Лиза

Сеанс психотерапии для читателя

Psychologies
Кто не знает H2O Кто не знает H2O

Что же не так с водой и почему она не подходит для умывания?

Cosmopolitan
«Откопаем машину. Цена договорная» «Откопаем машину. Цена договорная»

Крупнейшие снегопады немедленно привели к появлению на рынке новых услуг

АвтоМир
Я завидую Я завидую

Тех, кому это чувство знакомо, куда больше, чем тех, кто в этом признается

Psychologies
Сердце Востока Сердце Востока

Дубай — город неограниченных возможностей

OK!
Работа для патриота Работа для патриота

Как заставить государство объясниться с собственными гражданами?

СНОБ
Я не подарок Я не подарок

Можно ли сделать так, чтобы любимый научился выбирать подарки?

Добрые советы
Будь готов, генацвале! Будь готов, генацвале!

Знакомимся с культурными, кулинарными и историческими традициями Грузии

Quattroruote
Открыть в приложении