Versus II
— Эй, братик, что такое квантовый компьютер?
Сколько на самом деле существует в мире старших братьев, которые могут без запинки дать адекватный ответ на вопрос младшей сестры-старшеклассницы, никогда не блестевшей умом в математике или физике и вообще ничего не смыслящей даже в архитектуре фон Неймана?
Я, по крайней мере, точно не такой супербрат, потому конские бобы на моей вилке зависли над столом по пути ко рту, и я секунду промычал.
— Хммммм.
В тот миг моя младшая сестра изобразила глубочайшее сожаление и слегка опустила голову.
— Ах, прости, есть вещи, которые даже ты не знаешь, братик? Мне не следует постоянно спрашивать тебя обо всём, а попытаться иногда узнать всё самой.
Быть в положении «братика» жёстко, и я не мог покорно сдаться, когда она такое сказала. Пока бобы оставались висеть в воздухе, я кашлянул.
— Нет, ну, дело не в этом. Я расскажу, если тебя устроит грубое объяснение.
— Ага!
Энергично закивав, моя сестра, Киригая Сугуха, невинно улыбнулась.
Наша мама, которая работала редактором в журнале новостей цифрового мира, почти всегда просыпается поздно по выходным, потому Сугуха и я попривыкли готовить завтрак на троих, а есть его только вдвоём. Сегодняшнее меню состоит из простого для приготовления ризотто с консервированным белым соусом, римского салата, цветной капусты, конских бобов, йогурта со свежей черникой и кофе с молоком, с кучей молока.
Отправив правой рукой бобы себе в рот, я сразу начал прокладывать дорогу к объяснению сути.
— Эээ, сперва о том, что такое квант…
— Я знаю. Это элементарная частица! Как атом или электрон.
Не промедлив ни секунды, я придрался к словам Сугухи.
— Бзз! Двойная ошибка.
— Что? Где?
— Прежде всего, атом не элементарная частица. Потому что атом состоит из протонов, нейтронов и электронов.
— Тогда они и есть элементарные частицы?
— Бззз! Старые учебники могут так их описывать, но сейчас из них только электрон остаётся элементарной частицей. Потому что протоны и нейтроны, как выяснилось, образованы из более мелких частиц под названием «кварки». Другими словами, элементарными частицами стали кварки.
Добавив про себя «пока что», я указал на вторую ошибку.
— К тому же квант не эквивалентен элементарной частице.
— Чтооо?..
— «Элементарная частица» — выражение, которое указывает на «существование», а «квант» — слово, которое указывает на «состояние»…
— Чтооо?..
К этому моменту над головой Сугухи уже повис небольшой знак вопроса, так что я не промедлил с пояснением.
— Д-другими словами, элементарные частицы — мельчайшие единицы «материи», а кванты — мельчайшие единицы «физической величины»…
Знак вопроса над Сугухой увеличился. Если она спотыкается уже сейчас, то нам никак не добраться до квантовых компьютеров.
— Л-ладно, я объясню это проще. В ризотто где-то двести… нет, триста килокалорий, так?
Когда я сказал это, Сугуха слегка недовольно кивнула.
— Тогда рисинка — элементарная частица, которая не может развалиться и несёт в себе только 0,001 килокалории… другими словами, одну калорию, так?
— Хм, невозможно. Если не ошибаюсь, мы учили, что в порции риса где-то три тысячи зёрен, а если там так много зёрен, то в одном содержится: триста разделить на три тысячи — 0,1 килокалории… Сто калорий, так? Чтобы получить одну калорию, нужно разделить зерно на сотню кусочков.
— Но раз это элементарная частица, у тебя не выйдет. Говоря иначе, калория, нет, энергия ризотто может быть представлена лишь в виде разбросанных тут и там зёрен… на каждое из которых приходится сто калорий. Обдумай идею, что наименьшее количество энергии — это квант.
— Хмм… Кажется, я и понимаю, и не понимаю…
Сугуха всё ещё смотрела неуверенно, но я не знал, насколько это затянется, если мы сейчас застрянем на одном месте, потому продолжил:
— Ну, на практике ты можешь разрезать зерно на столько частей, сколько хочешь, но в случае, например, электроэнергии мельчайшая частица — электрон, и его совершенно точно нельзя разделить, так что в данном случае электрон — это квант. Энергия света тоже обладает мельчайшей единицей, и это фотон. Он тоже квант. Другими словами, квант — отсылка к элементарной частице с акцентом на её неделимость… хотя я не уверен, что можно так говорить.
— Угу.
Сугуха положила единственную рисинку на кончик ложки, будто уловив суть, вытянула губы и засосала её в рот.
— Тогда квант не объект, а, скорее, единица, так?
Хотя мне казалось неприемлемым согласиться с таким утверждением, я решил сказать «ага» и закрыть глаза на её мелкую ошибку.
— Ага, ну, пока что можно думать так. Итак, мы наконец вернулись к началу… Квантовый компьютер — это именно то! Компьютер, который работает на квантах!
«Тадам». Я представил в уме звуковой эффект, завершающий блистательное предложение, и смочил горло своим кофе с молоком, вздохнув с облегчением. Однако…
— Эй… ну… ты! Такое любой поймёт! Словно спросить про «кирикаэси госоку», и ты ответишь, что это «пять правил при выполнении кирикаэси»!
Услышав её моментальный ответ, я пристально уставился в лицо своей сестры, состоявшей в клубе кендо. Точно, кирикаэси госоку походило на терминологию кендо. И это всё, что я понял.
— П-прости… Тогда я продолжу…
— Агась, не возражаю.
— …
Набив щёки сливочным ризотто с сыром, чтобы восполнить энергию, я задумался, как же теперь решить ещё более сложную задачу. Начать мне следовало точно с «эээ».
— Эээ, Сугуха-сан. Так называемая архитектура Неймана, которая используется в обычных компьютерах… тоже требует объяснения... да?
— Что это?
— Точно требует.
Готовясь к долгому объяснению, я снова кашлянул.
— Эээ, ну, проще говоря, архитектура Неймана основана на цифрах 0 и 1… Другими словами, управляется бинарным кодом. Информация, представленная одним нулём или единицей, это один бит. Если они объединяются в набор из восьми, то получается восемь бит. Передовой 128-битный процессор может обрабатывать сто двадцать восемь нолей и единиц одновременно.
— Хмм… И это так здорово?
— Именно! Есть только два способа, которыми можно выразить ноль и единицу с помощью одного бита. Если это два бита, то четыре способа: 00, 01, 10, 11. Если переведём в десятичную систему, то получится 0, 1, 2 и 3. А когда у нас четыре бита, сколькими способами их можно выразить?
— Восемь… нет, стой! Эээ… Если два бита — четыре способа, три бита — восемь, тогда четыре бита — шестнадцать?
— О, правильно. Другими словами, числа, с которыми справится 4-битный процессор, это 0-15.
— Хмм. Когда увеличиваются эти биты, происходит что-то хорошее?
Когда меня спросили о таком с серьёзным взглядом, я не смог тут же ответить. Много чего можно было рассказать, но когда речь заходит о примерах, которые может понять Сугуха…
— Ну, например, если возьмём старую 32-битную ОС, она может использовать в ОЗУ максимум 4 гигабайта, но если это 64-битная ОС, в теории она способна использовать шестнадцать эксабайтов, или 17200 миллионов гигабайт…
— Чтооо, в старых компах было всего четыре гига памяти? Даже в Амусфере намного больше…
— В-видишь, увеличение битности — хорошая штука, правда?
Так или иначе, я смог донеси до неё идею и, напившись кофе с молоком, вернулся к теме.
— Ладно, тогда… Давай посчитаем снова, сколькими способами можно выразить число, с которым управляется 128-битный процессор?
Скачать.