Будущее компьютеров

Будущее компьютеров

Positronum

Начнем издалека. С каждым годом компьютеры становятся мощнее. Это происходит за счет апгрейда процессоров: увеличение числа транзисторов на кремниевой подложке и, соответсвенно, прирост мощности. Рост производительности описывает закон Мура:

количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца; производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев из-за сочетания роста количества транзисторов и увеличения тактовых частот процессоров.
Зависимость числа транзисторов на кристалле микропроцессора от времени. (см. на прирост транзисторов)

Иными словами каждые полтора года производительность процессоров увеличивается, а их размеры и стоимость уменьшаются. Но у всего есть предел. Сам Гордон Мур сказал, что его закон не всегда будет работать. На данный момент микропроцессоры очень малы(толщина слоя уже меньше 10 атомов) и процесс миниатюризации не может продолжаться по нескольким причинам.

Во-первых тепло, выделяемое мощными микропроцессорами рано или поздно начнет их плавить. Во-вторых, возникает проблема из квантовой теории: принцип неопределенности, который утверждает, что нельзя точно знать одновременно положение и скорость атома или частицы. При толщине слоя меньше 5 атомов, электроны, из-за неопределенности, могут просачиваться сквозь слои, вызывая короткое замыкание. Таким образом, для процессоров существует квантовое ограничение.

Что же делать? Мы пользуемся довольно мощными компьютерами, однако с каждым годом рост производительности уже не так ощутим. Закон Мура прекращает свое действие. Компания Microsoft предлагала решение этой проблемы– параллельная обработка данных. Каждая задача делится на несколько частей, после эти части обрабатываются разными процессорами, а в конце все это вновь собирается воедино. Пока что это остается на стадии разработки из-за сложной реализации.

Самое амбициозное предложение состоит в том, чтобы использовать квантовые компьютеры, вычисления в которых проводятся на отдельных атомах.

Принцип работы:
Атом похож на волчок, который может крутиться по часовой или против часовой стрелки. Так, можно считать волчок, вращающийся в одну сторону, цифрой 0, а в другую– цифрой 1. При смене вращения 0 меняется на 1 и получается, что вы произвели некое действие.
Квантовый бит может быть обнаружен в состоянии |0> с вероятностью |a|² и в состоянии |1> с вероятностью |b|²

Но в странном квантовом мире атом вращается и по часовой и против нее(атом может крутиться на 75% по часовой и на 25% против). Поэтому он может хранить больше информации, чем просто 0 и 1. Так что квантовые компьютеры используют не биты, а "кубиты" информации. Получается, что такие компьютеры чрезвычайно мощные, за ними будущее, но вот не всё так просто.

3 кубита квантового регистра против 3 битов обычного

Проблема квантовых компьютеров заключается во внешних раздражителях, которые нарушают равновесие атомов. Когда атомы когерентны(взаимосвязаны) и колеблются синхронно, их равновесие очень слабое. Даже проезжающая на улице машина может нарушить их связь. На данный момент квантовые компьютеры могут существовать только в защищенных лабораториях, в полной изоляции. Но и это еще не всё.

Расположение атомов в оптической ловушке.

Все вычисления на квантовых компьютерах обладают некой неопределенностью. Атомы нестабильны, поэтому одно вычисление нужно повторять несколько раз, и не факт, что результаты совпадут. Они быстро декогерируются и сбиваются с ритма. Простое умножение 3 на 5 не всегда дает ответ 15. Также все вычисления проводятся при очень низких температурах.

Сам компуктер.

Винтон Серф, один из создателей Интернета, предсказывает: "К 2050 году мы наверняка найдем способы проводить квантовые расчеты при комнатной температуре".

Нам остается только ждать и верить, что когда-нибудь мы сможем залипать в ВК и смотреть ютабчик на квантовом компьютере.