Достигая пределов? О чем ты говоришь? Это как старшеклассник, который спрашивает, есть ли чему поучиться!

Приведем краткую историю компьютеров. Бла-бла-бла… Я не собираюсь возвращаться к тому, как все начиналось, просто чтобы указать, как мы развивались, я должен указать, первый крупномасштабный цифровой компьютер такого типа появился в 1944 году в Гарвардском университете. Спонсируемый IBM, он был также известен как Harvard Mark I или IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC). Гигантская машина, вытянувшаяся на 15 метров в длину.

Многие университеты и люди пошли по этому пути и разработали все более мощные компьютеры, в результате чего они стали строить все больше и больше компьютеров. Два ученых из Пенсильванского университета построили ENIAC. ENIAC считается первым в мире полностью электронным цифровым компьютером общего назначения. Он содержал около 18 000 электронных ламп, имел длину около 24 метров и весил почти 30 тонн.

Электронные лампы были значительным достижением по сравнению с релейными переключателями, но такие машины, как ENIAC, были заведомо ненадежными. Решение появилось в 1947 году благодаря трем физикам, работавшим в Bell Telephone Laboratories, помогавшим Bell в разработке новой технологии для американской телефонной сети - переходного транзистора, который с тех пор лег в основу большинства транзисторов. Транзистор был одним из самых важных достижений в истории вычислительной техники. Первый транзистор был размером с ладонь. Хотя транзисторы были большим достижением по сравнению с электронными лампами, осталась одна ключевая проблема. Машины, в которых использовались тысячи транзисторов, по-прежнему приходилось соединять вручную, чтобы соединить все эти компоненты вместе. Это побудило его изобрести интегральную схему (ИС), набор транзисторов и других компонентов, которые можно было изготовить сразу, в виде блока, на поверхности полупроводника. Интегральные схемы, как и транзисторы, помогли уменьшить размеры компьютеров в 1960-х годах.

Теперь вы знаете историю того, как наши компьютеры превращаются из полной комнаты в настольные, портативные, КПК, смартфоны и на носимые устройства.

Размер транзистора - важная часть совершенствования компьютерных технологий. Чем меньше у вас транзисторы, тем больше вы можете уместить на микросхеме и тем быстрее и эффективнее может быть ваш процессор. В течение многих лет компьютерная индустрия регулируется законом Мура, который гласит, что количество транзисторов в полупроводниковой схеме удваивается каждые два года. В технологиях нынешнего поколения используется технология масштаба 14 нанометров, ожидается выпуск полупроводников 10 нм.

Наши эритроциты имеют ширину 7000 нм, нити ДНК - 2,5 нм, самый маленький в мире транзистор - 1 нм в длину. Размер атома кремния составляет около 0,2 нанометра. Сегодняшние транзисторы имеют ширину около 70 атомов кремния, поэтому возможность сделать их еще меньше сокращается. Мы приближаемся к пределу того, насколько маленьким можно сделать транзистор.

Теперь мы знаем, как мы достигаем предела возможностей компьютера. что мы теперь будем делать? Что ж, пока ученые работают над разработкой новой технологии для создания небольших и мощных транзисторов и полупроводников, давайте узнаем о квантовой механике или квантовой физике. что такое квантовая физика? Квантовая физика - это фундаментальная теория физики, которая описывает природу на мельчайших уровнях энергии атомов и субатомных частиц. Проще говоря, нам очень трудно понять, что там происходит, но это физика, связанная с атомами. мы слышали о нанотехнологиях, которые являются одним из практических аспектов квантовой теории.

«Хорошо, позвольте мне остановить вас на этом, какое отношение квантовая физика имеет к вычислениям?»,

«Хороший вопрос».

В классических вычислениях бит - это единичный фрагмент информации, который может существовать в двух состояниях - 1 или 0. Квантовые вычисления используют квантовые биты или кубиты вместо этого они могут хранить гораздо больше информации, чем просто 1 или 0, потому что они могут существовать в любой суперпозиции этих значений. Проще говоря, когда вы подбрасываете монету - классические компьютеры могут обрабатывать только орлы или хвосты монеты, но квантовый компьютер может обрабатывать суперпозицию - которая также является вращающейся позицией монеты, значение может быть орлом, хвостом или оба одновременно. Это позволяет им обрабатывать информацию за долю времени, которое потребовалось бы даже самым быстрым неквантовым системам.

«Я понимаю, и да, это сложно объяснить, но он может очень быстро обрабатывать большие объемы данных».

Там, где современным компьютерам потребуются годы для решения некоторых из самых сложных мировых проблем, квантовый компьютер сможет найти решение всего за минуты, часы или дни. Квантовые компьютеры быстро смогут взломать многие системы, обеспечивающие безопасность нашей онлайн-информации. Из-за этих рисков исследователи уже пытаются разработать технологию, устойчивую к квантовому взлому.

Microsoft, IBM, Google и Intel - уже работающие модели. IBM делает квантовые компьютеры коммерчески доступными. С 2016 года он предлагает исследователям возможность проводить эксперименты на квантовом компьютере с пятью кубитами через облако, а в конце 2017 года начал делать свою систему с 20 кубитами доступной онлайн. В 2018 году Intel объявила, что нашла способ изготовления квантовых чипов из кремния, который значительно упростит производство чипов с использованием существующих методов производства. Квантовый компьютер Google, Bristlecone, работает на 72-кубитном компьютерном процессоре на основе вентилей, что значительно больше, чем у IBM, занявшей второе место с их 50-кубитным процессором.

Да, настоящие квантовые компьютеры существуют сегодня, и вы уже можете писать на них программы через облако.

Применения квантовых компьютеров обширны, например Машинное обучение, кибербезопасность, логистика и планирование, моделирование и т. Д. Алгоритмы машинного обучения широко используются в задачах искусственного интеллекта. Инженеры аэрокосмической промышленности и многих других отраслей ожидают, что вычислительная мощность квантовых компьютеров позволит значительно улучшить компьютерное моделирование и симуляцию. Подумайте о менеджере по логистике авиакомпании, которому нужно выяснить, как подготовить свои самолеты для лучшего обслуживания при минимальных затратах.

Это не конец, это начало новой эры, эры квантовых вычислений.