Видео

Транскрипт

Почти всю нашу историю, технологии человека

состояли из нашего мозга,

огня и острых палок.

Огонь и острые палки

стали электростанциями и ядерным оружием.

Но больше всего модернизировался

наш мозг. С 1960 годов, мощности

компьютеров

растут экспоненциально,

позволяя им становиться меньше и

более мощными одновременно.

Но, этот процесс вот вот

достигнет его физического лимита.

Размеры частей компьютера достигают

размера атома. Чтобы понять,

почему это - проблема, нам нужно узнать основы этого.

Компьютер состоит из очень простых частей,

выполняющих очень простые задачи:

представление данных, средства ее

обработки и управляющие

механизмы. Компьютерные чипы имеют в себе модули,

которые содержат логические элементы,

которые содержат транзисторы.

Транзистор - это простейшая форма

процессора в компьютере,

это переключатель,

который может или открыть или закрыть

путь для проходящей через него информации.

Эта информация состоит из битов,

которые могут быть нулём или единицей.

Комбинации битов используются, чтобы

представить более сложную информацию.

Транзисторы соединяются вместе

и создают логические элементы,

делающие всё так же простые вещи.

Например, логический элемент “И”

выводит единицу, если на обоих его

входах единица, а в противном

случае, выводит ноль.

Комбинации логических элементов формируют

модули, которые могут складывать числа.

Когда вы можете складывать,

вы также можете умножать.

А когда вы можете умножать, можно сделать все, что угодно.

Когда все основные операции

легче, чем математика в первом классе,

можно представить компьютер как группу

детей, решающих простые математические примеры.

Достаточно большая группа из них

может считать все, что угодно. От астрофизики до Зельды.

Однако, когда всё становится меньше,

квантовая физика делает вещи запутанными

В общем, транзистор - просто электрический переключатель

Электричество - это электроны, двигающиеся

из одного места в другое.

Так что, переключатель - это проход,

который может остановить электроны.

Сегодня, типичный размер транзистора - 14 нанометров.

Это примерно в восемь раз меньше, чем диаметр вируса ВИЧ,

и в 500 раз меньше, чем эритроциты.

По мере приближения транзисторов

к размеру атома,

электроны могут просто переместиться

на другую сторону прохода,

проявляя эффект “квантового туннелирования”.

В квантовом мире, физика

отличается от того, к чему мы привыкли

и обычные компьютеры перестают иметь смысл.

Мы приближаемся к настоящему

препятствию для нашего технического прогресса.

Чтобы решить эту проблему, учёные

пытаются использовать эти необычные

свойства в свою пользу,

создавая квантовый компьютер.

Биты обычного компьютера - самые маленькие

единицы информации.

Квантовый компьютер использует кубиты,

которые так же могут принимать одно из двух значений.

Кубит может быть любой двухуровневой квантовой системой,

такой, как спин или магнитное поле или фотон.

Ноль и единица - возможные состояния системы,

как горизонтальная или вертикальная

поляризация фотона.

В квантовом мире, фотон не обязательно должен быть

только в одной из них:

он может быть в двух состояниях одновременно.

Это явление называется суперпозицией.

Но, когда вы хотите узнать его состояние,

скажем, пропуская фотон через фильтр,

ему нужно выбрать,

быть поляризованным вертикально или горизонтально.

Таким образом, пока за ним не наблюдают,

кубит находится в суперпозиции из состояний

из нуля и единицы

и нельзя предсказать, какое он выберет.

Но, сразу же, как вы измеряете его,

он коллапсирует в одно из определённых состояний.

Суперпозиция меняет ход игры.

Четыре обычных бита могут быть в одном из

двух в четвёртой степени состояний за раз.

Это 16 возможных комбинаций и использовать

можно только одну.

Однако, для кубитов в суперпозиции,

они могут быть всеми 16 комбинациями сразу.

Это число растет экспоненциально

с каждым новым кубитом.

Двадцать таких могут хранить уже миллион

значений параллельно.

Странное свойство, которым также обладают кубиты - запутанность.

Это соединение, которое заставляет каждый кубит

реагировать на изменение в состоянии другого моментально.

Не важно. как далеко они друг от друга.

Это значит, что, измеряя только один запутанный кубит,

вы можете узнать свойства его пары

без необходимости проверять.

Но также, манипуляция кубитами - это тёмный лес.

Обычный логический элемент берёт набор входных данных

и выдает один определённый результат.

Квантовый логический элемент манипулирует

суперпозицией на входе, изменяет её

и создает другую суперпозицию на выходе.

Таким образом, квантовый компьютер

берёт несколько кубитов, применяет

квантовые логические элементы, чтобы их запутать

и изменить вероятности,

и, наконец то, измеряет их на выходе,

заставляя суперпозицию коллапсировать

в последовательность нулей и единиц.

Это значит, что все вычисления могут

быть произведены в одно и то же время.

Или же, можно измерить один из результатов

и он только может быть тем, который вам нужен,

таким образом, может понадобиться измерить результат ещё раз.

Но, правильно используя суперпозицию и запутанность,

это может быть экспоненциально более эффективно,

чем когда-либо на обычном компьютере.

Таким образом, скорее всего квантовые компьютеры

не заменят наши персональные компьютеры,

но они найдут применение в других областях.

Одна их них - поиск в базах данных.

Чтобы найти что-то в базе данных,

обычному компьютеру придется проверить

каждую её запись.

Квантовым алгоритмам потребуется только

квадратный корень из того времени,

что для больших баз данных - большая разница.

Самое известное применение квантовых компьютеров -

уничтожение компьютерной безопасности.

Сейчас, ваша банковская информация

и ваша электронная почта защищены

системой кодирования, в которой вы

даёте каждому публичный ключ для кодировки информации,

которую можете расшифровать только вы.

Проблема в том, что этот публичный ключ

может быть использован для вычисления вашего

личного секретного ключа.

К счастью, все необходимые вычисления

на обычном компьютере займут годы проб и ошибок.

Но, квантовый компьютер, экспоненциально ускоряясь,

сделает это на раз-два.

Другое применение им - симуляции.

Симуляции на квантовом уровне крайне

ресурсозатратны.

И, даже для больших структур, таких как молекулы,

Им часто не хватает точности.

Так почему бы не симулировать

квантовую физику самой квантовой физикой?

Квантовые симуляции могут дать

новые понимания белка,

которые могут совершить революцию в медицине.

Прямо сейчас, мы не знаем,

будут ли квантовые компьютеры просто

специализированным инструментом

или большой революцией для человечества.

Мы не знаем, где находятся пределы технологий,

и есть только один способ узнать…

Это видео поддерживается Академией наук Австралии,

которая поддерживает вклад в науку и продвигает её.

Получите больше информации по этой теме и похожих на нее

на сайте nova.org.au.

Было великолепно работать с ними,

так что, загляните на их сайт!

Наши видео также стали возможными благодаря

вашей поддержке на Patreon.com.

Если вы хотите поддержать нас

и стать частью Армии птиц Kurzgesagt,

загляните нашу страницу на Patreon.