Для понимания Вселенной, процесса столкновения галактик, создаётся моделирование с помощью мощных компьютеров. Однако возможности современных компьютеров ограничены. Считается, что в ближайшие 20 лет на смену придут квантовые, работающие на новых принципах.
Общие сведения
Впервые человек познакомился с компьютером ещё в 1940-х. Тогда компьютеры представляли собой громоздкие махины, которые не помещались даже в трёхкомнатную квартиру. С изобретением микросхем, компьютеры стали меньше по размерам. Уже в 60-х появился первый персональный, размером с холодильник.
Обычный компьютер состоит из 3 блоков: управления, обработки информации и его памяти. В процессорах содержатся модули, в которых присутствуют логические элементы. В логических элементах находятся транзисторы, которые останавливают или пропускают поток информации, передающийся электронами.
Информация состоит из битов, которые могут принимать значение 0 или 1. Благодаря комбинации нулей и единиц получается более сложная информация. Так называемая двоичная система счисления.
Например, английская буква "p" соответствует комбинации — 01110000, арабская цифра 3 — 0011 и так далее. Таким образом, комбинацией нулей и единиц можно скомпилировать любую информацию. Однако у обычных компьютеров есть существенный недостаток.
Чтобы обработать конкретную информацию из, например, 32 возможных комбинаций, процессор ищет последовательно из всех: 00000 00001 00010 00100 01000 10000 и так далее (2 в 5 степени). С такой задачей он справится моментально. Но если комбинаций 2 в 64 степени, где уже ищется правильный ответ из 18,5 квинтиллиона (триллион миллионов) возможных вариантов.
Обычный компьютер будет выполнять операцию около миллиарда лет, но не квантовый.
Квантовый компьютер
Информация квантового компьютера состоит из квантовых битов или кубитов. Чем больше кубитов, тем больше возможностей выполнять операцию за раз. К примеру, квантовый компьютер, содержащий 64 кубита справится с задачей из тех же 18,5 квинтиллиона вариантов меньше, чем за секунду.
Согласно квантовой физике, кубит может быть 0 и 1 одновременно. Явление называется суперпозицией, которая действует в атомарном мире. Как будто подброшенная монетка одновременно упала и орлом, и решкой.
Но кубиты находятся в состоянии суперпозиции до тех пор, пока не произошло наблюдение из вне. Тогда как выдаёт квантовый компьютер точный результат без наблюдения? Учёный Питер Шор разработал алгоритм, в котором простые множественные числа разбиваются на 2. Например, 35 разбивается на произведение 5 и 7. Разбивка 55 на 5 и 11 и так далее.
Благодаря такому алгоритму, чем больше кубитов, тем больше вероятность получения точного результата, исключая наблюдения, не нарушая состояния суперпозиции. Кстати, по алгоритму Шора работают все банковские карточки, электронные переводы для защиты от взлома.
Заключение
Уже существует подобие квантовых компьютеров, но они выполняют только узкие задачи. Пока что универсальных квантовых компьтеров нет. Благодаря им будет прорыв во многих сферах жизни, не только в космической.
Понравилась статья, подписывайтесь на канал, ставьте лайк, делитесь информацией в социальных сетях. Дальше будет интереснее!