1
00:00:00,195 --> 00:00:03,313
На протяжении большей части нашей истории,
человеческие технологии состояли из

2
00:00:03,313 --> 00:00:06,051
наших мозгов, огня и острых палок.

3
00:00:06,631 --> 00:00:10,102
Огонь и острые палки превратились в
электростанции и ядерное оружие,

4
00:00:10,102 --> 00:00:12,692
но самые большие изменения
претерпели наши мозги.

5
00:00:13,132 --> 00:00:17,619
С 1960-х годов наши машинные мозги
становились всё лучше и лучше,

6
00:00:17,619 --> 00:00:21,794
позволяя компьютерам уменьшаться
и одновременно становиться сильнее.

7
00:00:22,524 --> 00:00:25,444
Но скоро этот процесс достигнет
своего физического предела.

8
00:00:25,834 --> 00:00:28,721
Размеры компьютеров приближаются
к размерам атомов.

9
00:00:29,391 --> 00:00:32,689
Чтобы понять, почему это плохо,
нужно разобраться в основах.

10
00:00:39,666 --> 00:00:43,903
Компьютер состоит из очень простых
компонентов, делающих простые вещи и

11
00:00:43,903 --> 00:00:48,474
представляющих данные, способы их
обработки и управляющие механизмы.

12
00:00:49,064 --> 00:00:50,678
Компьютерные чипы сосотят из модулей,

13
00:00:50,678 --> 00:00:53,906
состоящих из логических вентилей,
состоящих из транзисторов.

14
00:00:54,556 --> 00:00:58,459
Транзистор — самое простое
устройство обработки данных,

15
00:00:58,459 --> 00:01:01,555
по сути, переключатель, который
может закрыть или открыть

16
00:01:01,555 --> 00:01:03,479
путь для информации.

17
00:01:03,939 --> 00:01:08,463
Информация состоит из битов, которые могут
равняться нулю или единице.

18
00:01:09,073 --> 00:01:12,982
Комбинации битов используются для
представления более сложной информации.

19
00:01:13,502 --> 00:01:18,025
Транзисторы образуют логические вентили,
который тоже довольно просты.

20
00:01:18,025 --> 00:01:22,888
Например, вентиль И подаёт на выход
единицу, если на все входы подана единица,

21
00:01:22,888 --> 00:01:25,104
и нуль иначе.

22
00:01:25,664 --> 00:01:28,982
Комбинации логических вентилей наконец-то
образуют осмысленные модули,

23
00:01:28,982 --> 00:01:31,066
скажем, для сложения чисел.

24
00:01:31,446 --> 00:01:35,134
Научившись складывать, мы сможем
также и умножать, а научившись умножать,

25
00:01:35,134 --> 00:01:36,851
мы можем делать всё, что угодно.

26
00:01:37,481 --> 00:01:41,038
Поскольку все основные операции проще,
чем математика в первом классе,

27
00:01:41,038 --> 00:01:43,729
компьютер можно представить
как группу семилетних детей,

28
00:01:43,729 --> 00:01:46,038
отвечающих на простые
математические вопросы.

29
00:01:46,578 --> 00:01:48,717
Достаточно большая группа детей может
посчитать всё, что угодно,

30
00:01:48,717 --> 00:01:50,717
от астрофизики до Зельды.

31
00:01:51,277 --> 00:01:53,617
Но детали становятся всё меньше и меньше,

32
00:01:53,617 --> 00:01:56,049
и всё усложняет квантовая физика.

33
00:01:56,649 --> 00:01:59,805
По сути, транзистор — это
электрический переключатель.

34
00:02:00,105 --> 00:02:03,111
Электричество — это электроны,
перемещающиеся из одного места в другое,

35
00:02:03,111 --> 00:02:07,818
так что переключатель — это проход,
который может останавливать электроны.

36
00:02:08,408 --> 00:02:11,678
Сегодня транзисторы имеют
размер около 14 нм,

37
00:02:11,678 --> 00:02:15,481
что примерно в 8 раз меньше
диаметра вируса ВИЧ

38
00:02:15,481 --> 00:02:18,451
и в 500 раз меньше эритроцита.

39
00:02:18,931 --> 00:02:22,497
Когда транзисторы станут размером
лишь с несколько атомов,

40
00:02:22,497 --> 00:02:25,929
электроны смогут просто перепрыгнуть на
другую сторону закрытого прохода

41
00:02:25,929 --> 00:02:28,173
с помощью процесса, называемого
квантовым туннелированием.

42
00:02:28,643 --> 00:02:31,649
В квантовом мире физика
работает иначе, чем

43
00:02:31,649 --> 00:02:33,358
в привычном нам предсказуемом мире,

44
00:02:33,358 --> 00:02:36,561
а традиционные компьютеры
перестают работать.

45
00:02:37,071 --> 00:02:40,935
Мы приближаемся к физическому препятствию
на пути технологического прогресса.

46
00:02:41,655 --> 00:02:44,001
Чтобы решить эту задачу, учёные пытаются

47
00:02:44,001 --> 00:02:47,016
обратить эти необычные квантовые
явления в свою пользу,

48
00:02:47,016 --> 00:02:49,052
для чего они строят квантовые компьютеры.

49
00:02:49,664 --> 00:02:53,141
В обычных компьютерах, наименьшая
единица информации — бит.

50
00:02:53,611 --> 00:02:55,487
В квантовых компьютерах
используются кубиты,

51
00:02:55,487 --> 00:02:57,787
которые тоже могут принимать
одно из двух значений.

52
00:02:58,287 --> 00:03:00,613
Кубит может быть любой
двухуровненной квантовой системой,

53
00:03:00,613 --> 00:03:04,290
такой как спин в магнитном
поле или один фотон.

54
00:03:04,580 --> 00:03:07,518
Нуль и единица — возможные
состояния такой системы,

55
00:03:07,518 --> 00:03:10,678
например, горизонтальная или
вертикальная поляризация фотона.

56
00:03:11,148 --> 00:03:14,524
В квантовом мире кубит не обязан
быть только в одном состоянии;

57
00:03:14,524 --> 00:03:17,656
он может одновременно быть в любом
соотношении обоих состояний.

58
00:03:17,896 --> 00:03:19,905
Это называется суперопизиция.

59
00:03:20,355 --> 00:03:24,270
Но как только вы проверите его состояние,
скажем, пропустив фотон через фильтр,

60
00:03:24,270 --> 00:03:28,664
он должен определиться с вертикальной
или горизонтальной поляризацией.

61
00:03:29,234 --> 00:03:33,722
Так что если за ним не наблюдать,
кубит находится в суперпозиции

62
00:03:33,722 --> 00:03:36,953
вероятностей нуля и единицы,
и нельзя узнать, чем он окажется.

63
00:03:37,623 --> 00:03:41,690
Но как только его измерят, он схлапывается
в одно из определённых состояний.

64
00:03:42,380 --> 00:03:44,537
Суперпозиция меняет всё.

65
00:03:45,267 --> 00:03:48,233
Четыре классических бита
имеют 2 в 4-й степени

66
00:03:48,233 --> 00:03:50,040
возможных конфигураций.

67
00:03:50,422 --> 00:03:54,400
Всего 16, из которых можно
выбрать лишь одну.

68
00:03:54,960 --> 00:03:57,016
Однако четыре кубита в суперпозиции

69
00:03:57,016 --> 00:04:00,202
могут одновременно быть
во всех 16 комбинациях!

70
00:04:00,875 --> 00:04:04,020
Это количество растёт экспоненциально
с количеством кубитов.

71
00:04:04,530 --> 00:04:08,110
Уже 20 кубитов могут хранить
миллион значений одновременно.

72
00:04:08,780 --> 00:04:11,680
Очень странное и контринтуитивное
свойство кубитов —

73
00:04:11,680 --> 00:04:15,147
запутанность, тесная связь,
при которой каждый кубит

74
00:04:15,147 --> 00:04:17,968
мгновенно реагирует на изменение
состояния другого кубита,

75
00:04:17,968 --> 00:04:20,084
как бы далеко они ни находились.

76
00:04:20,564 --> 00:04:23,254
Это значит, что, если измерять
лишь один запутанный кубит,

77
00:04:23,254 --> 00:04:27,562
можно узнать о свойствах
другого, не глядя на него.

78
00:04:27,942 --> 00:04:30,718
Манипуляция кубитов также всё усложняет.

79
00:04:31,118 --> 00:04:34,010
Обычный логический вентиль
принимает простой набор вводов

80
00:04:34,010 --> 00:04:36,133
и производит один определённый вывод.

81
00:04:36,654 --> 00:04:39,863
Квантовый вентиль манипулирует
ввод из суперпозиций,

82
00:04:39,863 --> 00:04:44,780
меняет вероятности и выдаёт
в результате другую суперпозицию.

83
00:04:45,430 --> 00:04:49,965
Так что квантовый компьютер создаёт
кубиты, с помощью квантовых вентилей

84
00:04:49,965 --> 00:04:53,171
запутывает их и меняет вероятности,
затем измеряет результат, тем самым

85
00:04:53,171 --> 00:04:57,501
схлапывая суперпозиции в конкретные
последовательности нулей и единиц.

86
00:04:57,991 --> 00:05:00,996
Это значит, что вы проделываете
все вычисления,

87
00:05:00,996 --> 00:05:04,138
возмодные в вашей системе, одновременно.

88
00:05:04,728 --> 00:05:06,895
В конце вы сможете измерить
только один результат,

89
00:05:06,895 --> 00:05:09,466
и он лишь с какой-то вероятностью
окажется тем, который вам нужен,

90
00:05:09,466 --> 00:05:11,697
так что вам может быть
нужно его перепроверить.

91
00:05:12,717 --> 00:05:15,886
Но если хитрым образом использовать
суперпозицию и запутанность,

92
00:05:15,886 --> 00:05:17,888
вычисление можно сделать
экспоненциально более эффективным,

93
00:05:17,888 --> 00:05:20,427
чем на обычном компьютере.

94
00:05:21,747 --> 00:05:25,463
Так что даже если квантовые компьютеры
и не заменят домашние,

95
00:05:25,463 --> 00:05:28,201
в некоторых областях они
их значительно превосходят.

96
00:05:28,771 --> 00:05:30,457
Одна из таких областей —
поиск в базах данных.

97
00:05:30,817 --> 00:05:32,264
Чтобы найти что-либо в базе данных,

98
00:05:32,264 --> 00:05:35,479
обычному компьютеру придётся
перебирать все записи.

99
00:05:36,019 --> 00:05:38,812
Квантовому алгоритму понядобится лишь
квадратный корень из этого времени,

100
00:05:38,812 --> 00:05:41,934
что для крупных баз данных существенно.

101
00:05:42,761 --> 00:05:46,595
Самое знаменитое применение квантовых
компьютеров — уничтожение IT-безопасности.

102
00:05:47,235 --> 00:05:49,746
В настоящее время ваше посещение
интернета, email и онлайн-банков

103
00:05:49,746 --> 00:05:53,193
защищается системой шифрования, при
которой вы раздаёте всем

104
00:05:53,193 --> 00:05:55,003
свой открытый ключ,
позволяющий шифровать сообщения,

105
00:05:55,003 --> 00:05:56,587
которые сможете расшифровать только вы.

106
00:05:57,057 --> 00:05:59,889
Проблема в том, что по открытому
ключу, оказывается, можно

107
00:05:59,889 --> 00:06:02,014
вычислить ваш секретный ключ.

108
00:06:02,544 --> 00:06:05,520
К счастью, необходимые для этого
вычисления на обычном компьютере

109
00:06:05,520 --> 00:06:07,690
занимают годы проб и ошибок.

110
00:06:08,110 --> 00:06:10,520
Но квантовый компьютер

111
00:06:10,520 --> 00:06:11,906
сделает это с лёгкостью.

112
00:06:12,636 --> 00:06:15,345
Ещё одно замечательное применение
квантовых компьютеров — симуляции.

113
00:06:15,795 --> 00:06:18,897
Симуляции квантового мира
требуют много ресурсов,

114
00:06:18,897 --> 00:06:22,062
и даже для более крупных
структур, вроде молекул,

115
00:06:22,062 --> 00:06:23,954
симуляции получаются неточными.

116
00:06:24,504 --> 00:06:28,254
Так почему бы не симулировать квантовую
физику с помощью квантовой физики?

117
00:06:29,004 --> 00:06:31,888
Квантовые симуляции могут открыть
много нового про белки,

118
00:06:31,888 --> 00:06:33,783
что сильно поможет медицине.

119
00:06:34,403 --> 00:06:36,878
Пока что мы не знаем,
станут ли квантовые компьютеры

120
00:06:36,878 --> 00:06:40,680
всего лишь специализированным средством
или огромной технологической революцией.

121
00:06:41,090 --> 00:06:43,733
Мы не знаем, где предел технологий;

122
00:06:43,733 --> 00:06:45,863
есть только один способ узнать!

123
00:06:47,563 --> 00:06:50,625
Это видео создано при поддержке
Академии наук Австралии,

124
00:06:50,625 --> 00:06:53,525
поощряющей и поддерживающей
отличие в науке.

125
00:06:54,425 --> 00:06:56,595
Узнайте больше об этой теме
и других вроде неё

126
00:06:56,595 --> 00:06:58,567
на сайте .

127
00:06:58,911 --> 00:07:01,917
С ними было замечательно работать,
так что загляните на их сайт!

128
00:07:02,387 --> 00:07:06,070
Наши видео также созданы
при вашей поддержке на Patreon.com.

129
00:07:06,630 --> 00:07:10,796
Если вы хотите нас поддержать и
вступить в армию птичек Kurzgesagt,

130
00:07:10,796 --> 00:07:12,361
загляните на нашу страницу Patreon!