WEBVTT

00:00:00.195 --> 00:00:03.313
На протяжении большей части нашей истории,
человеческие технологии состояли из

00:00:03.313 --> 00:00:06.051
наших мозгов, огня и острых палок.

00:00:06.631 --> 00:00:10.102
Огонь и острые палки превратились в
электростанции и ядерное оружие,

00:00:10.102 --> 00:00:12.692
но самые большие изменения
претерпели наши мозги.

00:00:13.132 --> 00:00:17.619
С 1960-х годов наши машинные мозги
становились всё лучше и лучше,

00:00:17.619 --> 00:00:21.794
позволяя компьютерам уменьшаться
и одновременно становиться сильнее.

00:00:22.524 --> 00:00:25.444
Но скоро этот процесс достигнет
своего физического предела.

00:00:25.834 --> 00:00:28.721
Размеры компьютеров приближаются
к размерам атомов.

00:00:29.391 --> 00:00:32.689
Чтобы понять, почему это плохо,
нужно разобраться в основах.

00:00:39.666 --> 00:00:43.903
Компьютер состоит из очень простых
компонентов, делающих простые вещи и

00:00:43.903 --> 00:00:48.474
представляющих данные, способы их
обработки и управляющие механизмы.

00:00:49.064 --> 00:00:50.678
Компьютерные чипы сосотят из модулей,

00:00:50.678 --> 00:00:53.906
состоящих из логических вентилей,
состоящих из транзисторов.

00:00:54.556 --> 00:00:58.459
Транзистор — самое простое
устройство обработки данных,

00:00:58.459 --> 00:01:01.555
по сути, переключатель, который
может закрыть или открыть

00:01:01.555 --> 00:01:03.479
путь для информации.

00:01:03.939 --> 00:01:08.463
Информация состоит из битов, которые могут
равняться нулю или единице.

00:01:09.073 --> 00:01:12.982
Комбинации битов используются для
представления более сложной информации.

00:01:13.502 --> 00:01:18.025
Транзисторы образуют логические вентили,
который тоже довольно просты.

00:01:18.025 --> 00:01:22.888
Например, вентиль И подаёт на выход
единицу, если на все входы подана единица,

00:01:22.888 --> 00:01:25.104
и нуль иначе.

00:01:25.664 --> 00:01:28.982
Комбинации логических вентилей наконец-то
образуют осмысленные модули,

00:01:28.982 --> 00:01:31.066
скажем, для сложения чисел.

00:01:31.446 --> 00:01:35.134
Научившись складывать, мы сможем
также и умножать, а научившись умножать,

00:01:35.134 --> 00:01:36.851
мы можем делать всё, что угодно.

00:01:37.481 --> 00:01:41.038
Поскольку все основные операции проще,
чем математика в первом классе,

00:01:41.038 --> 00:01:43.729
компьютер можно представить
как группу семилетних детей,

00:01:43.729 --> 00:01:46.038
отвечающих на простые
математические вопросы.

00:01:46.578 --> 00:01:48.717
Достаточно большая группа детей может
посчитать всё, что угодно,

00:01:48.717 --> 00:01:50.717
от астрофизики до Зельды.

00:01:51.277 --> 00:01:53.617
Но детали становятся всё меньше и меньше,

00:01:53.617 --> 00:01:56.049
и всё усложняет квантовая физика.

00:01:56.649 --> 00:01:59.805
По сути, транзистор — это
электрический переключатель.

00:02:00.105 --> 00:02:03.111
Электричество — это электроны,
перемещающиеся из одного места в другое,

00:02:03.111 --> 00:02:07.818
так что переключатель — это проход,
который может останавливать электроны.

00:02:08.408 --> 00:02:11.678
Сегодня транзисторы имеют
размер около 14 нм,

00:02:11.678 --> 00:02:15.481
что примерно в 8 раз меньше
диаметра вируса ВИЧ

00:02:15.481 --> 00:02:18.451
и в 500 раз меньше эритроцита.

00:02:18.931 --> 00:02:22.497
Когда транзисторы станут размером
лишь с несколько атомов,

00:02:22.497 --> 00:02:25.929
электроны смогут просто перепрыгнуть на
другую сторону закрытого прохода

00:02:25.929 --> 00:02:28.173
с помощью процесса, называемого
квантовым туннелированием.

00:02:28.643 --> 00:02:31.649
В квантовом мире физика
работает иначе, чем

00:02:31.649 --> 00:02:33.358
в привычном нам предсказуемом мире,

00:02:33.358 --> 00:02:36.561
а традиционные компьютеры
перестают работать.

00:02:37.071 --> 00:02:40.935
Мы приближаемся к физическому препятствию
на пути технологического прогресса.

00:02:41.655 --> 00:02:44.001
Чтобы решить эту задачу, учёные пытаются

00:02:44.001 --> 00:02:47.016
обратить эти необычные квантовые
явления в свою пользу,

00:02:47.016 --> 00:02:49.052
для чего они строят квантовые компьютеры.

00:02:49.664 --> 00:02:53.141
В обычных компьютерах, наименьшая
единица информации — бит.

00:02:53.611 --> 00:02:55.487
В квантовых компьютерах
используются кубиты,

00:02:55.487 --> 00:02:57.787
которые тоже могут принимать
одно из двух значений.

00:02:58.287 --> 00:03:00.613
Кубит может быть любой
двухуровненной квантовой системой,

00:03:00.613 --> 00:03:04.290
такой как спин в магнитном
поле или один фотон.

00:03:04.580 --> 00:03:07.518
Нуль и единица — возможные
состояния такой системы,

00:03:07.518 --> 00:03:10.678
например, горизонтальная или
вертикальная поляризация фотона.

00:03:11.148 --> 00:03:14.524
В квантовом мире кубит не обязан
быть только в одном состоянии;

00:03:14.524 --> 00:03:17.656
он может одновременно быть в любом
соотношении обоих состояний.

00:03:17.896 --> 00:03:19.905
Это называется суперопизиция.

00:03:20.355 --> 00:03:24.270
Но как только вы проверите его состояние,
скажем, пропустив фотон через фильтр,

00:03:24.270 --> 00:03:28.664
он должен определиться с вертикальной
или горизонтальной поляризацией.

00:03:29.234 --> 00:03:33.722
Так что если за ним не наблюдать,
кубит находится в суперпозиции

00:03:33.722 --> 00:03:36.953
вероятностей нуля и единицы,
и нельзя узнать, чем он окажется.

00:03:37.623 --> 00:03:41.690
Но как только его измерят, он схлапывается
в одно из определённых состояний.

00:03:42.380 --> 00:03:44.537
Суперпозиция меняет всё.

00:03:45.267 --> 00:03:48.233
Четыре классических бита
имеют 2 в 4-й степени

00:03:48.233 --> 00:03:50.040
возможных конфигураций.

00:03:50.422 --> 00:03:54.400
Всего 16, из которых можно
выбрать лишь одну.

00:03:54.960 --> 00:03:57.016
Однако четыре кубита в суперпозиции

00:03:57.016 --> 00:04:00.202
могут одновременно быть
во всех 16 комбинациях!

00:04:00.875 --> 00:04:04.020
Это количество растёт экспоненциально
с количеством кубитов.

00:04:04.530 --> 00:04:08.110
Уже 20 кубитов могут хранить
миллион значений одновременно.

00:04:08.780 --> 00:04:11.680
Очень странное и контринтуитивное
свойство кубитов —

00:04:11.680 --> 00:04:15.147
запутанность, тесная связь,
при которой каждый кубит

00:04:15.147 --> 00:04:17.968
мгновенно реагирует на изменение
состояния другого кубита,

00:04:17.968 --> 00:04:20.084
как бы далеко они ни находились.

00:04:20.564 --> 00:04:23.254
Это значит, что, если измерять
лишь один запутанный кубит,

00:04:23.254 --> 00:04:27.562
можно узнать о свойствах
другого, не глядя на него.

00:04:27.942 --> 00:04:30.718
Манипуляция кубитов также всё усложняет.

00:04:31.118 --> 00:04:34.010
Обычный логический вентиль
принимает простой набор вводов

00:04:34.010 --> 00:04:36.133
и производит один определённый вывод.

00:04:36.654 --> 00:04:39.863
Квантовый вентиль манипулирует
ввод из суперпозиций,

00:04:39.863 --> 00:04:44.780
меняет вероятности и выдаёт
в результате другую суперпозицию.

00:04:45.430 --> 00:04:49.965
Так что квантовый компьютер создаёт
кубиты, с помощью квантовых вентилей

00:04:49.965 --> 00:04:53.171
запутывает их и меняет вероятности,
затем измеряет результат, тем самым

00:04:53.171 --> 00:04:57.501
схлапывая суперпозиции в конкретные
последовательности нулей и единиц.

00:04:57.991 --> 00:05:00.996
Это значит, что вы проделываете
все вычисления,

00:05:00.996 --> 00:05:04.138
возмодные в вашей системе, одновременно.

00:05:04.728 --> 00:05:06.895
В конце вы сможете измерить
только один результат,

00:05:06.895 --> 00:05:09.466
и он лишь с какой-то вероятностью
окажется тем, который вам нужен,

00:05:09.466 --> 00:05:11.697
так что вам может быть
нужно его перепроверить.

00:05:12.717 --> 00:05:15.886
Но если хитрым образом использовать
суперпозицию и запутанность,

00:05:15.886 --> 00:05:17.888
вычисление можно сделать
экспоненциально более эффективным,

00:05:17.888 --> 00:05:20.427
чем на обычном компьютере.

00:05:21.747 --> 00:05:25.463
Так что даже если квантовые компьютеры
и не заменят домашние,

00:05:25.463 --> 00:05:28.201
в некоторых областях они
их значительно превосходят.

00:05:28.771 --> 00:05:30.457
Одна из таких областей —
поиск в базах данных.

00:05:30.817 --> 00:05:32.264
Чтобы найти что-либо в базе данных,

00:05:32.264 --> 00:05:35.479
обычному компьютеру придётся
перебирать все записи.

00:05:36.019 --> 00:05:38.812
Квантовому алгоритму понядобится лишь
квадратный корень из этого времени,

00:05:38.812 --> 00:05:41.934
что для крупных баз данных существенно.

00:05:42.761 --> 00:05:46.595
Самое знаменитое применение квантовых
компьютеров — уничтожение IT-безопасности.

00:05:47.235 --> 00:05:49.746
В настоящее время ваше посещение
интернета, email и онлайн-банков

00:05:49.746 --> 00:05:53.193
защищается системой шифрования, при
которой вы раздаёте всем

00:05:53.193 --> 00:05:55.003
свой открытый ключ,
позволяющий шифровать сообщения,

00:05:55.003 --> 00:05:56.587
которые сможете расшифровать только вы.

00:05:57.057 --> 00:05:59.889
Проблема в том, что по открытому
ключу, оказывается, можно

00:05:59.889 --> 00:06:02.014
вычислить ваш секретный ключ.

00:06:02.544 --> 00:06:05.520
К счастью, необходимые для этого
вычисления на обычном компьютере

00:06:05.520 --> 00:06:07.690
занимают годы проб и ошибок.

00:06:08.110 --> 00:06:10.520
Но квантовый компьютер

00:06:10.520 --> 00:06:11.906
сделает это с лёгкостью.

00:06:12.636 --> 00:06:15.345
Ещё одно замечательное применение
квантовых компьютеров — симуляции.

00:06:15.795 --> 00:06:18.897
Симуляции квантового мира
требуют много ресурсов,

00:06:18.897 --> 00:06:22.062
и даже для более крупных
структур, вроде молекул,

00:06:22.062 --> 00:06:23.954
симуляции получаются неточными.

00:06:24.504 --> 00:06:28.254
Так почему бы не симулировать квантовую
физику с помощью квантовой физики?

00:06:29.004 --> 00:06:31.888
Квантовые симуляции могут открыть
много нового про белки,

00:06:31.888 --> 00:06:33.783
что сильно поможет медицине.

00:06:34.403 --> 00:06:36.878
Пока что мы не знаем,
станут ли квантовые компьютеры

00:06:36.878 --> 00:06:40.680
всего лишь специализированным средством
или огромной технологической революцией.

00:06:41.090 --> 00:06:43.733
Мы не знаем, где предел технологий;

00:06:43.733 --> 00:06:45.863
есть только один способ узнать!

00:06:47.563 --> 00:06:50.625
Это видео создано при поддержке
Академии наук Австралии,

00:06:50.625 --> 00:06:53.525
поощряющей и поддерживающей
отличие в науке.

00:06:54.425 --> 00:06:56.595
Узнайте больше об этой теме
и других вроде неё

00:06:56.595 --> 00:06:58.567
на сайте .

00:06:58.911 --> 00:07:01.917
С ними было замечательно работать,
так что загляните на их сайт!

00:07:02.387 --> 00:07:06.070
Наши видео также созданы
при вашей поддержке на Patreon.com.

00:07:06.630 --> 00:07:10.796
Если вы хотите нас поддержать и
вступить в армию птичек Kurzgesagt,

00:07:10.796 --> 00:07:12.361
загляните на нашу страницу Patreon!