Комп'ютер завтрашнього дня

Кількість інформації в світі зростає щороку на 30%. Тільки за останні п'ять років людством було створено більше даних, ніж за всю попередню історію. З'являються, наприклад,  системи Інтернету речей, в котрих кожний датчик отримує і відправляє величезну кількість даних щосекундно, і за прогнозами аналітиків, кількість піключених до Інтернету речей перевищить незабаром кількість користувачів - людей. Все більших об'ємів інформації породжують зусилля спрямовані на вирішення глобальних проблем людства - боротьбою з небезпечними хворобами, освоєнням космосу тощо, що вимагає проведення все більших і більших обсягів обчислень, а значить -  все більш і більш потужних комп'ютерів. Колосальні об'єми даних необхідно не тільки обробляти, а й десь зберігати.

Зараз вже існують суперокомп'ютери потужністю більше 50 петафлопс (1 петафлопс =1 тис. трлн. операцій за секунду). Однак, рано чи пізно, ми упремося у фізичну межу можливої потужності процесорів. Звичайно, суперкомп'ютери все ще зможуть зростати в розмірах, але це не є вирішенням проблеми, оскільки і розміри досягнуть коли-небудь своїх меж. На думку вчених, закон Мура вже скоро перестане виконуватися і людству знадобляться нові, значно потужніші пристрої та технології обробки даних. Тому вже зараз крупні ІТ-компанії працюють над створенням цілком нового революційного типу комп'ютерів, потужності котрих будуть в сотні разів перевищувати те, що ми маємо на сьогоднішній день. Це — квантовий комп'ютер. Експерти обіцяють, що завдяки йому, можливо, вдасться знайти ліки від раку, моментально знаходити злочинців, аналізуючи записи з камер, моделювати молекули ДНК тощо. Зараз навіть уявити складно, які ще задачі він зможе розв'язувати.

Microsoft намагається бути на передовій розвитку цієї області, вивчаючи її вже протягом двадцяти років, адже той, хто першим створить квантовий комп'ютер, отримує незаперечну конкурентну перевагу. Причому компанія працює не тільки над створенням «заліза», але також нещодавно представила нову мову програмування, котру зможуть використовувати розробники. Насправді, дуже небагато людей можуть похвастатися тим, що розуміють принципи роботи цього революційного пристрою, для більшості з нас це щось із області фантастики. Так що ж він собою являє?

Одною з найважливіших частин комп'ютера, від котрої напряму залежить його потужність, є процесор, котрий, в свою чергу, складається із величезного числа транзисторів. Транзистори — це найпростіші частини системи, вони чимось схожі на перемикачі і можуть знаходитися тільки в двох положеннях : або «ввімкнений», або «вимкнений». Саме із комбінацій цих положень складається двійковий (бінарний) код, що складається із нулів та одиниць, на ньому базується робота комп'ютера та кодуються всі мови програмування.

 Мал.1. Принцип роботи транзисторів

Відповідно, чим потужніший комп'ютер, тим більше транзисторів необхідно для його роботи. Виробники постійно зменршують їх розміри, намагаючитсь вмістити їх якомога більше в процесори. Наприклад, в новому комп'ютері Xbox One X їх мільярди. 

 

Зараз розмір одного транзистора складає 10 мілімікрон, тобто одну стотисячну міліметра. Але коли-небуть буде досягнута фізична межа розмірів, нижче котрої транзистор просто неможливо буде зробити. Для того, щою уникнути кризи в розвитку ІТ, вчені працюють над створенням комп'ютера, котрий буде працювати за зовсім інршим принципом  — квантового. Транзистори, із котрих буде складатися квантовий комп'ютер, змогут знаходитися одночасно в двух положеннях: «ввімкнений» і «вимкнений» і, відповідно, відразу бути і одиницею і нулем, такий стан називається  «суперпозиція». 

 

Якщо ми візьмемо 4 стандартних транзистора (біта), то вони, працюючи разом, можуть створити 16 різних комбінацій одиниць і нулів. По одній за раз. 

 

Якщо ж ми розглядаємо 4 квантових транзистора (кубіти), то вони можуть бути всіма 16 комбінаціями одночасно. Зрозуміло, що це величезна економія місця і часу! 

 

Але, створити кубіти дуже і дуже важко. Вченим доводиться мати справу з субатомними частками, котрі підпорядковуються законам  квантової механіки, розробляти цілком нові підходи до  програмування та мов програмування.  

Існують різні види кубітів. Експерти Microsoft, наприклад, працюють над створенням топологічних кубітів. Вони надзвичайно крихкі і руйнуються від найменших звукових хвиль чи теплового випромінювання. Для стабільної роботи їм необхідно постійно знаходитись при температурі –273°C. Однак, в них є і ряд переваг перед іншими типами: інформація, що зберігається в них, практично не схильна до помилок і, відповідно, квантовий комп'ютер, створений на основі топологічних кубітів, буде являти собою наднадійну систему.

Квантовий комп'ютер Microsoft складається із трьох основних рівнів: перший рівень — власне квантовий комп'ютер, який містить кубіти і постійно знаходиться при температурі близькій до абсолютного нуля; наступний рівень — кріогенний комп'ютер — це теж цілком новий тип комп'ютера, котрий керує квантовим та працює при температурі –268°C; останній рівень — комп'ютер, за яким вже може працювати людина та котрий керує всією системю. Подібні  комп'ютери будуть в 100–300 раз переважати за потужністю самі просунуті суперкомп'ютери, що існують зараз.  

Сьогодні світ як ніколи близько підійшов до винаходу справжнього квантового комп'ютера: є розуміння принципу його роботи, створюються і працюють перші прототипи. І в той момент, коли потужностей звичайних комп'ютерів для обробки всієї існуючої на Землі інформації не вистачатиме, з'явиться квантовий комп'ютер, знаменуючи собою зовсім нову еру цифрових технологій.

(За матеріалами naked-science.ru)