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

Быть мужчиной в России означает соответствовать множеству стереотипов

СНОБ
Нашествие Нашествие

Кролики-убийцы и другие животные-захватчики

Популярная механика
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
Космические Одиссеи Космические Одиссеи

Русский милиционер и американский двоечник провели на орбите Земли почти год

Esquire
Выстрел века. 140 лет покушению Веры Засулич Выстрел века. 140 лет покушению Веры Засулич

Как одно неудачное покушение сделало политический терроризм оправданным

СНОБ
Обнять и плакать Обнять и плакать

Ксения Собчак о мужском эго, которое мешает ей стать президентом

GQ
Парадокс Загитовой: почему не все рады за новую олимпийскую чемпионку (и почему это неправильно) Парадокс Загитовой: почему не все рады за новую олимпийскую чемпионку (и почему это неправильно)

Противостояние российских фигуристок в Пхенчхане было самым драматичным моментом

Esquire
Лукашенко убивает Сталина Лукашенко убивает Сталина

Колумнист «Сноба» рассуждает о судьбе кинопроката в России и Белоруссии

СНОБ
Почем сегодня слезинка ребенка? Почем сегодня слезинка ребенка?

Дети стали хорошо продаваемым товаром на отечественном ТВ

СНОБ
Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение

Дом – это не только крепость, но и лекарство!

Лиза
Пятьдесят черепах Пятьдесят черепах

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

СНОБ
Торжество цивилизации Торжество цивилизации

Иван Давыдов: Власть в стране стала более прогрессивной

СНОБ
Кулинары всех стран Кулинары всех стран

Как устроен кластер этнических ресторанов при РУДН

РБК
Зачистка и рывок Зачистка и рывок

Россией правят списки — тайные, как при советской власти, и явные, как сейчас

СНОБ
Сердце Востока Сердце Востока

Дубай — город неограниченных возможностей

OK!
Audi RS5 Audi RS5

Легкость купе в повседневной жизни не затмевает его истинного предназначения

Quattroruote
Прямой телефон Бога Прямой телефон Бога

Время и связь Григория Великанова

Русский репортер
Взять высоту Взять высоту

7 горнолыжных курортов за границей с демократичными ценами

Лиза
Алексей Миранчук Алексей Миранчук

Новая надежда российского футбола

Esquire
Через тернии в отпуск Через тернии в отпуск

Александр Петров — о растущей популярности и своих новых ролях

Glamour
Землянам, до востребования Землянам, до востребования

Солнечную систему посетил объект, прилетевший к нам от другой звезды

Популярная механика
«Мы работаем, чтобы вы спали спокойно». Женщины о своей службе в армии «Мы работаем, чтобы вы спали спокойно». Женщины о своей службе в армии

Женщины-военнослужащие рассказали, почему пошли в армию

СНОБ
О чем говорить с мужчиной О чем говорить с мужчиной

Фотосессия Ростислава Хаита из «Квартета И» и его девушки Ольги Рыжковой

OK!
Меню долголетия: что добавить в рацион Меню долголетия: что добавить в рацион

Некоторые продукты даже в самых минимальных количествах обладают уникальным действием на организм. Они ускоряют обмен веществ, замедляют старение и повышают работоспособность. К тому же они делают ежедневный рацион интереснее и разнообразней.

Psychologies
«Он сыграл роль правдолюбца». Деятели культуры об актере Алексее Серебрякове «Он сыграл роль правдолюбца». Деятели культуры об актере Алексее Серебрякове

Актер Алексей Серебряков назвал хамство частью русской национальной идеи

СНОБ
Почему вам не удается заняться спортом: 5 причин Почему вам не удается заняться спортом: 5 причин

«Начну тренироваться с понедельника» — самая распространенная отговорка, позволяющая отсрочить занятия фитнесом. Однако понедельники проходят, и ничего не меняется. Что мешает большинству людей встать с дивана и начать заниматься?

Psychologies
Ваза и надстройка Ваза и надстройка

Москвичка Кристина Краснянская отмечает юбилей своей галереи

Vogue
О да, еда! О да, еда!

Фоторедактор Ольга Исакова делится впечатлениями от гастропутешествия по Италии

Cosmopolitan
Смутный день календаря Смутный день календаря

Почему создание революционной армии отмечают сейчас

СНОБ
Открыть в приложении