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
7 сумасшедших японских фильмов, которые никогда не осмелятся переснять в Голливуде 7 сумасшедших японских фильмов, которые никогда не осмелятся переснять в Голливуде

Супергерой-извращенец? Да! Вагина-огнемет? Тоже есть!

Maxim
Артерии Интернета Артерии Интернета

Как Интернет соединяет континенты и почему нет ничего надежнее кабеля

CHIP
Алексей Миранчук Алексей Миранчук

Новая надежда российского футбола

Esquire
Скарлетт Йоханссон: девушка, которая не устает Скарлетт Йоханссон: девушка, которая не устает

Скарлетт Йоханссон снимает доспехи в спальне и приглашает Esquire за город

Esquire
Как Дэвид Боуи повлиял на современную моду Как Дэвид Боуи повлиял на современную моду

Esquire выясняет, что помогло парню с саксофоном превратиться в инопланетянина

Esquire
Шахматная церемония Шахматная церемония

Как играть в сёги — японские шахматы

Вокруг света
Смутный день календаря Смутный день календаря

Почему создание революционной армии отмечают сейчас

СНОБ
Флага не дали, но дали медали: как прошла Олимпиада для России Флага не дали, но дали медали: как прошла Олимпиада для России

Праздник зимнего спорта мы не хотели пропускать, и неважно, что флаг не дают

Esquire
Дорогие россияне! Дорогие россияне!

Мы отправили Ксению Собчак на встречу с избирателями — на хлебозавод

Tatler
На всех... угодишь! На всех... угодишь!

В нашем очередном обзоре самые интересные однодневные поездки из Москвы

Лиза
Без границ Без границ

Прекрасная актриса Аглая Тарасова, которая стала известной благодаря сериалам

OK!
За миллиард лет до 8 марта За миллиард лет до 8 марта

Какие праздники женщины придумали для себя и отмечали тайком от мужчин

Maxim
Алексей Герман Мл. Алексей Герман Мл.

Как и для чего Алексей Герман-младший снял кино про Сергея Довлатова

Maxim
И слово было блог И слово было блог

В начале блогерской эпохи было слово, и слово это было на японском

Esquire
Технотренды 2018 Технотренды 2018

От «умной» кухни до электромобиля: какие новинки ждут нас в 2018 году

CHIP
Мой лучший секс случился… c закрытыми глазами Мой лучший секс случился… c закрытыми глазами

Мужчина решил порадовать Лену сюрпризом, но что-то пошло не так

Cosmopolitan
Буря в пустыне Буря в пустыне

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

Vogue
«Просто иди и прыгай. И не забывай улыбаться»: почему Загитова выиграла Олимпиаду «Просто иди и прыгай. И не забывай улыбаться»: почему Загитова выиграла Олимпиаду

О главной победе на Олимпийских играх

Esquire
«Швец, жнец, на дуде игрец». Кем работали звезды до того, как стали знаменитыми «Швец, жнец, на дуде игрец». Кем работали звезды до того, как стали знаменитыми

Актеры и музыканты, которые работали в необычных местах

СНОБ
Cамый полный фарш Cамый полный фарш

Кипящий котел балканской кухни

Psychologies
Будь готов, генацвале! Будь готов, генацвале!

Знакомимся с культурными, кулинарными и историческими традициями Грузии

Quattroruote
Неделя моды в Милане: ваш путеводитель по коллекциям осень-зима 2018 Неделя моды в Милане: ваш путеводитель по коллекциям осень-зима 2018

О влиянии ошеломительного успеха Gucci на другие классические Дома моды

Vogue
«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
Почему американцы так любят оружие Почему американцы так любят оружие

Колумнист «Сноба» дает исчерпывающее объяснение любви американцев к оружию

СНОБ
Катерина Мурашова: Опознать свои чувства Катерина Мурашова: Опознать свои чувства

Что отделяет эмоционального ребенка от ребенка с неврологическими проблемами?

СНОБ
Вот так стена! Вот так стена!

Необычное оформление стен детской

Лиза
Андрей Левкин: А Hommage to Jakob Böhme, частному лицу Андрей Левкин: А Hommage to Jakob Böhme, частному лицу

Невозможный для пересказа текст Андрея Левкина

СНОБ
Полет валькирии Полет валькирии

Телеведущая Елена Летучая примеряет образ кинодивы 1950-х годов

Esquire
Самые странные способы обезвредить танк — танк! — в истории войн Самые странные способы обезвредить танк — танк! — в истории войн

Сабли, молотки и… кхм, навоз, например, как способ обезвредить танк

Maxim
Открыть в приложении