Что такое квантовые компьютеры и возможно ли их практическое использование — Кьяра Декароли для самостоятельного изучения английского языка стр. 3

0:06

The contents of this metal cylinder could either revolutionize technology

Содержимое этого металлического цилиндра либо совершит технологический переворот,

0:11

or be completely useless—

либо окажется совершенно бесполезным.

0:12

it all depends on whether we can harness the strange physics of matter

Всё зависит от того, удастся ли извлечь пользу из странных свойств материи

0:16

at very, very small scales.

на субатомном уровне.

0:18

To have even a chance of doing so,

Лишь только для того, чтобы получить такой шанс,

0:20

we have to control the environment precisely:

необходимо очень точно контролировать внешние условия:

0:23

the thick tabletop and legs guard against vibrations from footsteps,

толстая столешница и ножки стола гасят вибрации от шагов,

0:27

nearby elevators, and opening or closing doors.

а также от расположенных вблизи лифтов и дверей.

0:30

The cylinder is a vacuum chamber,

Этот цилиндр представляет собой вакуумную камеру,

0:32

devoid of all the gases in air.

лишённую всех атмосферных газов.

0:34

Inside the vacuum chamber is a smaller,

Внутри камеры расположен меньший по размеру

0:37

extremely cold compartment, reachable by tiny laser beams.

очень холодный отсек, куда способны проникнуть тончайшие лазерные лучи.

0:40

Inside are ultra-sensitive particles that make up a quantum computer.

Там содержатся сверхчувствительные частицы, образующие квантовый компьютер.

0:45

So what makes these particles worth the effort?

Для чего нам понадобились эти частицы?

0:48

In theory, quantum computers could outstrip the computational limits

В теории квантовые компьютеры способны превысить вычислительные пределы

0:52

of classical computers.

обычных компьютеров.

0:54

Classical computers process data in the form of bits.

Для обработки данных обычные компьютеры используют биты.

0:58

Each bit can switch between two states labeled zero and one.

Каждый бит может находиться в одном из двух состояний: 0 либо 1.

1:03

A quantum computer uses something called a qubit,

Квантовый компьютер использует так называемый кубит — квантовый бит,

1:06

which can switch between zero, one, and what’s called a superposition.

который может принимать значения 0, 1 и так называемой суперпозиции.

1:11

While the qubit is in its superposition,

Пока кубит находится в суперпозиции,

1:13

it has a lot more information than one or zero.

в нём содержится гораздо больше информации, чем 0 или 1.

1:16

You can think of these positions as points on a sphere:

Представьте себе точки на сфере:

1:20

the north and south poles of the sphere represent one and zero.

северный полюс соответствует 0, южный полюс — 1.

1:24

A bit can only switch between these two poles,

Бит может переключаться только между этими двумя полюсами,

1:27

but when a qubit is in its superposition,

но находящийся в суперпозиции кубит

1:29

it can be at any point on the sphere.

может располагаться в любой точке сферы.

1:31

We can’t locate it exactly—

Нельзя сказать, где именно, потому что в момент считывания

1:33

the moment we read it, the qubit resolves into a zero or a one.

кубит принимает значения 0 либо 1.

1:38

But even though we can’t observe the qubit in its superposition,

Но хотя увидеть значение кубита в состоянии суперпозиции невозможно,

1:41

we can manipulate it to perform particular operations while in this state.

им можно управлять для выполнения определённых операций.

1:46

So as a problem grows more complicated,

По мере усложнения задачи

1:49

a classical computer needs correspondingly more bits to solve it,

обычному компьютеру требуется соразмерное увеличение числа битов для её решения,

1:53

while a quantum computer will theoretically be able to handle

в то время как квантовый компьютер теоретически сможет справляться

1:57

more and more complicated problems

с усложняющимися задачами,

1:59

without requiring as many more qubits as a classical computer would need bits.

используя меньшее число кубитов, чем обычный компьютер битов.

2:04

The unique properties of quantum computers

Уникальные свойства квантовых компьютеров

2:07

result from the behavior of atomic and subatomic particles.

вытекают из поведения атомных и субатомных частиц.

2:10

These particles have quantum states,

Квантовые состояния этих частиц

2:12

which correspond to the state of the qubit.

соответствуют состояниям кубита.

2:15

Quantum states are incredibly fragile,

Квантовые состояния чрезвычайно неустойчивы

2:17

easily destroyed by temperature and pressure fluctuations,

и легко разрушаются под влиянием температуры, колебаний давления,

2:21

stray electromagnetic fields,

блуждающих электромагнитных полей

2:23

and collisions with nearby particles.

и столкновений с соседними частицами.

2:26

That’s why quantum computers need such an elaborate set up.

Вот почему квантовые компьютеры нуждаются в столь сложном оснащении.

2:29

It’s also why, for now,

И поэтому на сегодняшний день потенциальная мощность

2:31

the power of quantum computers remains largely theoretical.

квантовых компьютеров остаётся по большей части умозрительной.

2:35

So far, we can only control a few qubits in the same place at the same time.

Пока что возможно контролировать лишь пару кубитов одновременно в одной раскладке.

2:41

There are two key components involved

Существуют два ключевых компонента

2:43

in managing these fickle quantum states effectively:

для эффективного управления изменчивыми квантовыми состояниями:

2:46

the types of particles a quantum computer uses,

типы частиц, используемых в квантовом компьютере,

2:49

and how it manipulates those particles.

и механизм управления этими частицами.

2:52

For now, there are two leading approaches:

В настоящее время существуют два основных направления:

2:55

trapped ions and superconducting qubits.

захваченные ионы и сверхпроводящие кубиты.

2:58

A trapped ion quantum computer uses ions as its particles

Квантовый компьютер использует захваченные ионы как составляющие

3:03

and manipulates them with lasers.

и управляет ими с помощью лазеров.

3:05

The ions are housed in a trap made of electrical fields.

Ионы находятся в ловушке, созданной электромагнитными полями.

3:09

Inputs from the lasers tell the ions what operation to make

Они получают информацию о требуемой операции от лазеров,

3:13

by causing the qubit state to rotate on the sphere.

вызывающих вращение состояния кубита на сфере.

3:16

To use a simplified example,

Рассмотрим упрощённый пример,

3:18

the lasers could input the question:

в котором посредством лазеров задаётся вопрос:

3:20

what are the prime factors of 15?

«Каковы простые множители числа 15?»

3:23

In response, the ions may release photons—

В зависимости от состояния кубитов

3:26

the state of the qubit determines whether the ion emits photons

соответствующие им ионы выпустят несколько фотонов

3:30

and how many photons it emits.

или же не выпустят их вообще.

3:32

An imaging system collects these photons and processes them to reveal the answer:

Система визуализации соберёт фотоны и обработает их для получения ответа:

3:37

3 and 5.

«3 и 5».

3:39

Superconducting qubit quantum computers do the same thing in a different way:

Квантовые компьютеры со сверхпроводящими кубитами

3:43

using a chip with electrical circuits instead of an ion trap.

используют электронные микросхемы вместо ионной ловушки.

3:47

The states of each electrical circuit translate to the state of the qubit.

Состояния каждой микросхемы переводятся в состояние кубита.

3:51

They can be manipulated with electrical inputs in the form of microwaves.

Ими можно управлять, подавая на вход микроволны.

3:57

So: the qubits come from either ions or electrical circuits,

Кубиты создаются либо ионами, либо микросхемами,

4:01

acted on by either lasers or microwaves.

и ими можно управлять при помощи лазеров либо микроволн.

4:04

Each approach has advantages and disadvantages.

У каждого подхода есть преимущества и недостатки.

4:07

Ions can be manipulated very precisely,

Ионами можно очень точно управлять,

4:09

and they last a long time,

и они более стабильны,

4:11

but as more ions are added to a trap,

но как только в ловушке оказывается много ионов,

4:14

it becomes increasingly difficult to control each with precision.

высокоточное управление каждым из них становится затруднительным.

4:17

We can’t currently contain enough ions in a trap to make advanced computations,

В настоящее время мы не умеем удерживать в ловушке достаточно ионов

4:22

but one possible solution might be to connect many smaller traps

для выполнения сложных вычислений, но одна из возможностей —

4:27

that communicate with each other via photons

это связать посредством фотонов много более мелких ловушек

4:29

rather than trying to create one big trap.

вместо создания одной большой ловушки.

4:32

Superconducting circuits, meanwhile, make operations much faster than trapped ions,

Сверхпроводящие микросхемы работают намного быстрее, чем захваченные ионы,

4:37

and it’s easier to scale up the number of circuits in a computer

и проще нарастить число микросхем в компьютере,

4:41

than the number of ions.

чем увеличить количество ионов.

4:42

But the circuits are also more fragile,

Но микросхемы менее устойчивы

4:45

and have a shorter overall lifespan.

и недолговечны.

4:47

And as quantum computers advance,

По мере развития квантовых компьютеров

4:50

they will still be subject to the environmental constraints

они по-прежнему будут сталкиваться с ограничениями внешней среды

4:52

needed to preserve quantum states.

в целях сохранения квантовых состояний.

4:55

But in spite of all these obstacles,

Но несмотря на все эти препятствия,

4:57

we’ve already succeeded at making computations

нам уже удалось произвести вычисления

4:59

in a realm we can’t enter or even observe.

в мире, в который мы не можем ни попасть, ни даже заглянуть.

Что такое квантовые компьютеры и возможно ли их практическое использование — Кьяра Декароли. Chiara Decaroli - видеоролик

Просмотр видеоролика

Еще видеоролики с параллельными субтитрами