Bijušā horizonts - un tālāk ...

No vienas puses, tiem vajadzētu palīdzēt mums uzveikt vēzi, precīzi paredzēt laikapstākļus un apgūt kodolsintēzi. No otras puses, pastāv bažas, ka tās izraisīs globālu iznīcināšanu vai paverdzinās cilvēci. Tomēr šobrīd skaitļošanas briesmoņi joprojām nespēj vienlaikus darīt lielu labumu un vispārēju ļaunumu.

60. gados visefektīvākajiem datoriem bija jauda megaflops (miljoniem peldošā komata operāciju sekundē). Pirmais dators ar apstrādes jaudu iepriekš 1 GFLOPS (gigaflops) bija Cray 2, ko ražoja Cray Research 1985. gadā. Pirmais modelis ar apstrādes jaudu virs 1 TFLOPS (teraflops) bija ASCI sarkans, ko Intel izveidoja 1997. gadā. Sasniegta jauda 1 PFLOPS (petaflops). Roadrunner, ko IBM izlaida 2008. gadā.

Pašreizējais skaitļošanas jaudas rekords pieder ķīniešu Sunway TaihuLight un ir 9 PFLOPS.

Lai gan, kā redzat, jaudīgākās mašīnas vēl nav sasniegušas simtiem petaflopu, arvien vairāk eksa skalas sistēmaskurā jāņem vērā jauda exaflopsach (EFLOPS), t.i. apmēram vairāk nekā 1018 operācijas sekundē. Tomēr šādi dizaini joprojām ir tikai dažādas sarežģītības pakāpes projektu stadijā.

SAMAZINĀJUMI (, peldošā komata operācijas sekundē) ir skaitļošanas jaudas vienība, ko galvenokārt izmanto zinātniskos lietojumos. Tas ir daudzpusīgāks par iepriekš izmantoto MIPS bloku, kas nozīmē procesora instrukciju skaitu sekundē. Flops nav SI, bet to var interpretēt kā vienību 1/s.

Jums ir nepieciešama vēža eksa skala

Eksaflops jeb tūkstotis petaflops ir vairāk nekā visi XNUMX labākie superdatori kopā. Zinātnieki cer, ka jaunās paaudzes mašīnas ar šādu jaudu nesīs sasniegumus dažādās jomās.

Piemēram, eksamēroga skaitļošanas jaudai apvienojumā ar strauji progresējošām mašīnmācīšanās tehnoloģijām vajadzētu palīdzēt, piemēram uzlauzt vēža kodu. Datu apjoms, kas ārstiem ir jābūt, lai diagnosticētu un ārstētu vēzi, ir tik milzīgs, ka parastajiem datoriem ir grūti tikt galā ar šo uzdevumu. Tipiskā viena audzēja biopsijas pētījumā tiek veikti vairāk nekā 8 miljoni mērījumu, kuru laikā ārsti analizē audzēja uzvedību, tā reakciju uz farmakoloģisko ārstēšanu un ietekmi uz pacienta ķermeni. Šis ir īsts datu okeāns.

sacīja Riks Stīvenss no ASV Enerģētikas departamenta (DOE) Argonne Laboratory. -

Apvienojot medicīniskos pētījumus ar skaitļošanas jaudu, zinātnieki strādā, lai CANDLE neironu tīklu sistēma (). Tas ļauj prognozēt un izstrādāt ārstēšanas plānu, kas pielāgots katra pacienta individuālajām vajadzībām. Tas palīdzēs zinātniekiem izprast galveno olbaltumvielu mijiedarbības molekulāro bāzi, izstrādāt paredzamus zāļu reakcijas modeļus un ieteikt optimālas ārstēšanas stratēģijas. Argonne uzskata, ka exascale sistēmas spēs palaist CANDLE lietojumprogrammu 50 līdz 100 reizes ātrāk nekā jaudīgākās mūsdienās zināmās supermašīnas.

Tāpēc mēs ar nepacietību gaidām eksa mēroga superdatoru parādīšanos. Tomēr pirmās versijas ne vienmēr parādīsies ASV. Protams, ASV sacenšas, lai tās izveidotu, un vietējā valdība projektā, kas pazīstams kā Aurora sadarbojas ar AMD, IBM, Intel un Nvidia, cenšoties apsteigt ārvalstu konkurentus. Tomēr nav paredzams, ka tas notiks ātrāk par 2021. gadu. Tikmēr 2017. gada janvārī Ķīnas eksperti paziņoja par eksa mēroga prototipa izveidi. Pilnībā funkcionējošs šāda veida skaitļošanas vienības modelis ir − Tianhe-3 - tomēr maz ticams, ka tuvāko gadu laikā tas būs gatavs.

Ķīnieši turas cieši

Fakts ir tāds, ka kopš 2013. gada Ķīnas attīstība ir pasaules jaudīgāko datoru saraksta augšgalā. Viņš dominēja gadiem ilgi Tianhe-2un tagad palma pieder pieminētajam Sunway TaihuLight. Tiek uzskatīts, ka šīs divas Viduskaraļvalsts jaudīgākās mašīnas ir daudz jaudīgākas nekā visi divdesmit viens superdators ASV Enerģētikas departamentā.

Amerikāņu zinātnieki, protams, vēlas atgūt vadošo pozīciju, ko viņi ieņēma pirms pieciem gadiem, un strādā pie sistēmas, kas ļaus viņiem to izdarīt. Tas tiek būvēts Oak Ridge Nacionālajā laboratorijā Tenesī. Samits (2), superdatoru, kuru plānots nodot ekspluatācijā vēlāk šogad. Tas pārspēj Sunway TaihuLight jaudu. To izmantos, lai pārbaudītu un izstrādātu jaunus materiālus, kas ir stiprāki un vieglāki, simulētu Zemes iekšpusi, izmantojot akustiskos viļņus, un atbalstītu astrofizikas projektus, kas pēta Visuma izcelsmi.

2. Summit superdatora telpiskais plānojums

Minētajā Argonnas nacionālajā laboratorijā zinātnieki drīzumā plāno uzbūvēt vēl ātrāku ierīci. Zināms kā A21Paredzams, ka veiktspēja sasniegs 200 petaflopus.

Superdatoru sacīkstēs piedalās arī Japāna. Lai gan pēdējā laikā to ir nedaudz aizēnojusi ASV un Ķīnas sāncensība, tieši šī valsts plāno uzsākt ABKI sistēma (), piedāvājot 130 petaflops jaudu. Japāņi cer, ka šādu superdatoru varēs izmantot AI (mākslīgā intelekta) jeb dziļās mācīšanās attīstībai.

Tikmēr Eiropas Parlaments tikko nolēma uzbūvēt ES miljardu eiro vērtu superdatoru. Šis skaitļošanas monstrs sāks savu darbu mūsu kontinenta pētniecības centros 2022. un 2023. gada mijā. Mašīna tiks uzbūvēta iekšā EuroGPK projektsun tā būvniecību finansēs dalībvalstis – tātad šajā projektā piedalīsies arī Polija. Tās paredzamo jaudu parasti sauc par "pre-exascale".

Līdz šim, saskaņā ar 2017. gada reitingu, no piecsimt ātrākajiem superdatoriem pasaulē Ķīnā ir 202 šādas mašīnas (40%), bet Amerika kontrolē 144 (29%).

Ķīna arī izmanto 35% no pasaules skaitļošanas jaudas, salīdzinot ar 30% ASV. Nākamās valstis, kurās ir visvairāk superdatoru, ir Japāna (35 sistēmas), Vācija (20), Francija (18) un Apvienotā Karaliste (15). Ir vērts atzīmēt, ka neatkarīgi no izcelsmes valsts visi pieci simti jaudīgāko superdatoru izmanto dažādas Linux versijas ...

Viņi paši projektē

Superdatori jau tagad ir vērtīgs rīks zinātnes un tehnoloģiju nozaru atbalstam. Tie ļauj pētniekiem un inženieriem panākt vienmērīgu progresu (un dažreiz pat milzīgus lēcienus uz priekšu) tādās jomās kā bioloģija, laikapstākļu un klimata prognozēšana, astrofizika un kodolieroči.

Pārējais ir atkarīgs no viņu spēka. Nākamo desmitgažu laikā superdatoru izmantošana var būtiski mainīt to valstu ekonomisko, militāro un ģeopolitisko situāciju, kurām ir pieejama šāda veida progresīvā infrastruktūra.

Progress šajā jomā ir tik straujš, ka jaunu mikroprocesoru paaudžu projektēšana jau ir kļuvusi pārāk sarežģīta pat daudziem cilvēkresursiem. Šī iemesla dēļ progresīva datoru programmatūra un superdatori arvien vairāk ieņem vadošo lomu datoru izstrādē, ieskaitot tos, kuriem ir prefikss "super".

3. Japāņu superdators

Pateicoties skaitļošanas lielvarām, farmācijas uzņēmumi drīz varēs pilnībā darboties apstrādājot milzīgu skaitu cilvēka genomu, dzīvnieki un augi, kas palīdzēs radīt jaunas zāles un dažādu slimību ārstēšanas līdzekļus.

Vēl viens iemesls (patiesībā viens no galvenajiem), kāpēc valdības tik daudz iegulda superdatoru attīstībā. Efektīvāki transportlīdzekļi palīdzēs topošajiem militārajiem vadītājiem izstrādāt skaidras kaujas stratēģijas jebkurā kaujas situācijā, ļaus izstrādāt efektīvākas ieroču sistēmas, kā arī atbalstīs tiesībaizsardzības un izlūkošanas aģentūras, lai laikus identificētu iespējamos draudus.

Nepietiek jaudas smadzeņu simulācijai

Jaunajiem superdatoriem vajadzētu palīdzēt atšifrēt mums jau sen zināmo dabisko superdatoru – cilvēka smadzenes.

Starptautiska zinātnieku komanda nesen ir izstrādājusi algoritmu, kas ir svarīgs jauns solis smadzeņu neironu savienojumu modelēšanā. Jauns NOT-algoritms, kas aprakstīts atklātās piekļuves dokumentā, kas publicēts Frontiers in Neuroinformatics, ir paredzēts, ka superdatoros simulēs 100 miljardus savstarpēji savienotu neironu cilvēka smadzenēs. Darbā tika iesaistīti zinātnieki no Vācijas pētniecības centra Jülich, Norvēģijas Dzīvības zinātņu universitātes, Āhenes universitātes, Japānas RIKEN institūta un KTH Karaliskā Tehnoloģiju institūta Stokholmā.

Kopš 2014. gada Jülich superskaitļošanas centrā Vācijā superdatoros RIKEN un JUQUEEN darbojas liela mēroga neironu tīklu simulācijas, simulējot aptuveni 1% neironu savienojumus cilvēka smadzenēs. Kāpēc tikai tik daudz? Vai superdatori var simulēt visas smadzenes?

Susanne Kunkel no Zviedrijas uzņēmuma KTH skaidro.

Simulācijas laikā neironu darbības potenciāls (īsi elektriskie impulsi) jānosūta aptuveni visiem 100 XNUMX cilvēku. mazi datori, ko sauc par mezgliem, un katrs ir aprīkots ar vairākiem procesoriem, kas veic faktiskos aprēķinus. Katrs mezgls pārbauda, ​​kuri no šiem impulsiem ir saistīti ar virtuālajiem neironiem, kas pastāv šajā mezglā.

4. Neironu smadzeņu savienojumu modelēšana, t.i. mēs esam tikai ceļojuma sākumā (1%)

Acīmredzot datora atmiņas apjoms, kas nepieciešams procesoriem šiem papildu bitiem uz vienu neironu, palielinās līdz ar neironu tīkla lielumu. Lai pārsniegtu 1% visu cilvēka smadzeņu simulāciju (4), būtu nepieciešams XNUMX reizes vairāk atmiņas nekā tas, kas mūsdienās ir pieejams visos superdatoros. Tāpēc par visu smadzeņu simulācijas iegūšanu varētu runāt tikai nākotnes eksasmēroga superdatoru kontekstā. Šeit jādarbojas nākamās paaudzes NEST algoritmam.

TOP-5 pasaules superdatori

1. Sunway TaihuLight – 93 PFLOPS superdators, kas tika palaists 2016. gadā Usji, Ķīnā. Kopš 2016. gada jūnija tas ir TOP500 superdatoru saraksta augšgalā ar lielāko skaitļošanas jaudu pasaulē.

2. Tianhe-2 (Piena ceļš-2) ir 33,86 PFLOPS superdators, ko ražojis NUDT () Ķīnā. No 2013. gada jūnija

līdz 2016. gada jūnijam tas bija ātrākais superdators pasaulē.

3. Piz Daint - Kreja izstrādāts dizains, kas uzstādīts Šveices Nacionālajā superskaitļošanas centrā (). Tas nesen tika modernizēts – Nvidia Tesla K20X akseleratori tika aizstāti ar jauniem, Tesla P100, kas ļāva palielināt skaitļošanas jaudu no 2017 līdz 9,8 PFLOPS 19,6. gada vasarā.

4. Gyokou ir superdators, ko izstrādājuši ExaScaler un PEZY Computing. Atrodas Japānas Jūras zinātnes un tehnoloģiju aģentūrā (JAMSTEC) Jokohamas ģeozinātņu institūtā; vienā stāvā ar Zemes simulatoru. Jauda: 19,14 PFLOPs.

5. Titāns ir 17,59 PFLOPS superdators, ko ražo Cray Inc. un tika uzsākta 2012. gada oktobrī Oak Ridge Nacionālajā laboratorijā ASV. No 2012. gada novembra līdz 2013. gada jūnijam Titan bija pasaulē ātrākais superdators. Pašlaik tas ir piektajā vietā, taču joprojām ir ātrākais superdators ASV.

Viņi arī sacenšas par pārākumu kvantā

IBM uzskata, ka nākamajos piecos gados nevis superdatori, kuru pamatā ir tradicionālās silīcija mikroshēmas, bet gan sāks apraidi. Nozare tikai sāk saprast, kā var izmantot kvantu datorus, norāda uzņēmuma pētnieki. Paredzams, ka inženieri atklās pirmos lielos pielietojumus šīm mašīnām tikai piecu gadu laikā.

Kvantu datori izmanto skaitļošanas vienību, ko sauc olektis. Parastie pusvadītāji attēlo informāciju 1 un 0 secību veidā, savukārt kubitiem ir kvantu īpašības un tie var vienlaicīgi veikt aprēķinus kā 1 un 0. Tas nozīmē, ka divi kubiti vienlaikus var attēlot secības 1-0, 1-1, 0-1 . ., 0-0. Skaitļošanas jauda pieaug eksponenciāli ar katru kubitu, tāpēc teorētiski kvantu datoram ar tikai 50 kubitiem varētu būt lielāka apstrādes jauda nekā pasaulē jaudīgākajiem superdatoriem.

Uzņēmums D-Wave Systems jau pārdod kvantu datoru, no kuriem tiek apgalvots, ka ir 2. kubīti. Tomēr D-Wav kopijase(5) ir diskutējami. Lai gan daži pētnieki tos ir izmantojuši lietderīgi, tie joprojām nav pārspējuši klasiskos datorus un ir noderīgi tikai noteiktām optimizācijas problēmu klasēm.

5. D-viļņu kvantu datori

Pirms dažiem mēnešiem Google Quantum AI Lab demonstrēja jaunu 72 kubitu kvantu procesoru ar nosaukumu saru konusi (6). Tas drīzumā var sasniegt "kvantu pārākumu", pārspējot klasisko superdatoru, vismaz attiecībā uz dažu problēmu risināšanu. Kad kvantu procesors demonstrē pietiekami zemu kļūdu īpatsvaru darbībā, tas var būt efektīvāks nekā klasiskais superdators ar precīzi definētu IT uzdevumu.

6. Bristlecone 72 kubitu kvantu procesors

Nākamais rindā bija Google procesors, jo, piemēram, janvārī Intel paziņoja par savu 49 kubitu kvantu sistēmu, bet agrāk IBM ieviesa 50 kubitu versiju. Intel mikroshēma, Loihi, tas ir novatorisks arī citos veidos. Tā ir pirmā "neiromorfā" integrētā shēma, kas izstrādāta, lai atdarinātu to, kā cilvēka smadzenes mācās un saprot. Tas ir "pilnībā funkcionāls" un būs pieejams pētniecības partneriem vēlāk šogad.

Tomēr tas ir tikai sākums, jo, lai tiktu galā ar silīcija monstriem, nepieciešams z miljoniem kubitu. Zinātnieku grupa no Nīderlandes Tehniskās universitātes Delftā cer, ka veids, kā sasniegt šādu mērogu, ir izmantot silīciju kvantu datoros, jo viņu dalībnieki ir atraduši risinājumu, kā izmantot silīciju, lai izveidotu programmējamu kvantu procesoru.

Savā pētījumā, kas publicēts žurnālā Nature, holandiešu komanda kontrolēja viena elektrona rotāciju, izmantojot mikroviļņu enerģiju. Silīcijā elektrons vienlaikus grieztos uz augšu un uz leju, efektīvi noturot to vietā. Kad tas bija sasniegts, komanda savienoja kopā divus elektronus un ieprogrammēja tos, lai palaistu kvantu algoritmus.

To bija iespējams izveidot uz silīcija bāzes divu bitu kvantu procesors.

Dr Tom Watson, viens no pētījuma autoriem, skaidroja BBC. Ja Vatsonam un viņa komandai izdosies sapludināt vēl vairāk elektronu, tas var izraisīt sacelšanos. kubitu procesoritas mūs novedīs soli tuvāk nākotnes kvantu datoriem.

- Tas, kurš izveidos pilnībā funkcionējošu kvantu datoru, valdīs pār pasauli Manas Mukherjee no Singapūras Nacionālās universitātes un Nacionālā kvantu tehnoloģiju centra galvenais pētnieks nesen teica intervijā. Sacensības starp lielākajām tehnoloģiju kompānijām un pētniecības laboratorijām šobrīd ir vērstas uz t.s kvantu pārākumspunkts, kurā kvantu dators var veikt aprēķinus, kas pārsniedz to, ko spēj piedāvāt vismodernākie datori.

Iepriekš minētie Google, IBM un Intel sasniegumu piemēri norāda, ka šajā jomā dominē uzņēmumi no ASV (un līdz ar to arī valsts). Tomēr Ķīnas Alibaba Cloud nesen uzsāka 11 kubitu mākoņdatošanas platformu, kas ļauj zinātniekiem pārbaudīt jaunus kvantu algoritmus. Tas nozīmē, ka arī Ķīna kvantu skaitļošanas bloku jomā bumbierus neapklāj ar pelniem.

Tomēr centieni radīt kvantu superdatorus ir ne tikai sajūsmā par jaunām iespējām, bet arī izraisa domstarpības.

Pirms dažiem mēnešiem Starptautiskajā konferencē par kvantu tehnoloģijām Maskavā Aleksandrs Ļvovskis (7) no Krievijas Kvantu centra, kurš ir arī fizikas profesors Kalgari Universitātē Kanādā, teica, ka kvantu datori. iznīcināšanas rīksneradot.

7. Profesors Aleksandrs Ļvovskis

Ko viņš ar to domāja? Pirmkārt, digitālā drošība. Pašlaik visa sensitīvā digitālā informācija, kas tiek pārraidīta internetā, tiek šifrēta, lai aizsargātu ieinteresēto pušu privātumu. Mēs jau esam redzējuši gadījumus, kad hakeri varētu pārtvert šos datus, pārtraucot šifrēšanu.

Pēc Ļvova domām, kvantu datora izskats tikai atvieglos kibernoziedznieku darbu. Neviens mūsdienās pazīstams šifrēšanas rīks nevar pasargāt sevi no īsta kvantu datora apstrādes jaudas.

Medicīniskie dokumenti, finanšu informācija un pat valdību un militāro organizāciju noslēpumi būtu pieejami vienā pannā, kas nozīmētu, kā atzīmē Ļvovskis, ka jaunā tehnoloģija varētu apdraudēt visu pasaules kārtību. Citi eksperti uzskata, ka krievu bailes ir nepamatotas, jo reāla kvantu superdatora izveide ļaus arī uzsākt kvantu kriptogrāfiju, tiek uzskatīts par neiznīcināmu.

Cita pieeja

Papildus tradicionālajām datortehnoloģijām un kvantu sistēmu attīstībai dažādi centri strādā pie citām nākotnes superdatoru veidošanas metodēm.

Amerikāņu aģentūra DARPA finansē sešus alternatīvu datoru dizaina risinājumu centrus. Mūsdienu mašīnās izmantoto arhitektūru parasti sauc fon Neimaņa arhitektūraAk, viņam jau ir septiņdesmit gadu. Aizsardzības organizācijas atbalsta universitāšu pētniekiem mērķis ir izstrādāt gudrāku pieeju liela datu apjoma apstrādei nekā jebkad agrāk.

Buferizācija un paralēlā skaitļošana Šeit ir daži piemēri jaunajām metodēm, pie kurām šīs komandas strādā. Cits ADA (), kas vienkāršo lietojumprogrammu izstrādi, pārveidojot CPU un atmiņas komponentus ar moduļiem vienā komplektā, nevis risinot problēmas saistībā ar to savienojumu mātesplatē.

Pagājušajā gadā pētnieku komanda no Apvienotās Karalistes un Krievijas veiksmīgi pierādīja, ka veids "Burvju putekļi"no kuriem tie sastāv gaisma un matērija - galu galā pārāks "veiktspējā" pat jaudīgākajos superdatoros.

Zinātnieki no Lielbritānijas Kembridžas, Sauthemptonas un Kārdifas universitātēm un Krievijas Skolkovas institūta izmantoja kvantu daļiņas, kas pazīstamas kā no polaritonako var definēt kā kaut ko starp gaismu un matēriju. Šī ir pilnīgi jauna pieeja datoru skaitļošanai. Pēc zinātnieku domām, tas var veidot pamatu jauna tipa datoram, kas spēj atrisināt šobrīd neatrisināmus jautājumus – dažādās jomās, piemēram, bioloģijā, finansēs un kosmosa ceļojumos. Pētījuma rezultāti publicēti žurnālā Nature Materials.

Atcerieties, ka mūsdienu superdatori var tikt galā tikai ar nelielu daļu problēmu. Pat hipotētisks kvantu dators, ja tas beidzot tiks uzbūvēts, labākajā gadījumā nodrošinās kvadrātisko ātrumu vissarežģītāko problēmu risināšanai. Tikmēr polaritoni, kas rada "pasaku putekļus", tiek radīti, aktivizējot gallija, arsēna, indija un alumīnija atomu slāņus ar lāzera stariem.

Šajos slāņos esošie elektroni absorbē un izstaro noteiktas krāsas gaismu. Polaritoni ir desmit tūkstošus reižu vieglāki par elektroniem un var sasniegt pietiekamu blīvumu, lai radītu jaunu vielas stāvokli, kas pazīstams kā Bozes-Einšteina kondensāts (astoņi). Tajā esošās polaritonu kvantu fāzes ir sinhronizētas un veido vienotu makroskopisku kvantu objektu, ko var noteikt ar fotoluminiscences mērījumiem.

8. Grafiks, kurā redzams Bozes-Einšteina kondensāts

Izrādās, ka šajā konkrētajā stāvoklī polaritona kondensāts var atrisināt optimizācijas problēmu, ko mēs minējām, aprakstot kvantu datorus, daudz efektīvāk nekā uz kubitiem balstīti procesori. Britu un krievu pētījumu autori ir parādījuši, ka polaritoniem kondensējoties, to kvantu fāzes izkārtojas konfigurācijā, kas atbilst kompleksās funkcijas absolūtajam minimumam.

"Mēs esam pašā sākumā, lai izpētītu polaritona sižetu potenciālu sarežģītu problēmu risināšanai," raksta Nature Materials līdzautors prof. Pavloss Lagoudakis, Sauthemptonas Universitātes Hibrīdfotonikas laboratorijas vadītājs. "Pašlaik mēs mērogojam savu ierīci līdz simtiem mezglu, vienlaikus pārbaudot pamata apstrādes jaudu."

Šajos eksperimentos no gaismas un matērijas smalko kvantu fāžu pasaules pat kvantu procesori šķiet kaut kas neveikls un cieši saistīts ar realitāti. Kā redzams, zinātnieki ne tikai strādā pie rītdienas superdatoriem un parītdienas mašīnām, bet jau plāno, kas notiks parīt.

Šajā brīdī eksa skalas sasniegšana būs diezgan liels izaicinājums, tad jūs domāsiet par nākamajiem atskaites punktiem flopa skalā (9). Kā jau varēja uzminēt, nepietiek tikai ar procesoru un atmiņas pievienošanu. Ja var ticēt zinātniekiem, tik spēcīgas skaitļošanas jaudas sasniegšana ļaus mums atrisināt mums zināmas megaproblēmas, piemēram, vēža atšifrēšanu vai astronomisko datu analīzi.

9. Superskaitļošanas nākotne

Saskaņojiet jautājumu ar atbildi

Ko tālāk?

Nu, kvantu datoru gadījumā rodas jautājumi, kam tie būtu jāizmanto. Saskaņā ar veco sakāmvārdu datori atrisina problēmas, kuras bez tiem nepastāvētu. Tāpēc mums, iespējams, vispirms vajadzētu izveidot šīs futūristiskās supermašīnas. Tad problēmas radīsies pašas no sevis.

Kurās jomās kvantu datori var būt noderīgi?

Mākslīgais intelekts. AI () darbojas pēc principa mācīties caur pieredzi, kas kļūst arvien precīzāka, saņemot atsauksmes un līdz brīdim, kad datorprogramma kļūst "gudra". Atsauksmes pamatā ir vairāku iespējamo variantu varbūtības aprēķini. Mēs jau zinām, ka, piemēram, Lockheed Martin plāno izmantot savu D-Wave kvantu datoru, lai pārbaudītu autopilota programmatūru, kas pašlaik ir pārāk sarežģīta klasiskajiem datoriem, un Google izmanto kvantu datoru, lai izstrādātu programmatūru, kas var atšķirt automašīnas no orientieriem.

Molekulārā modelēšana. Pateicoties kvantu datoriem, būs iespējams precīzi modelēt molekulāro mijiedarbību, meklējot optimālās konfigurācijas ķīmiskajām reakcijām. Kvantu ķīmija ir tik sarežģīta, ka mūsdienu digitālie datori spēj analizēt tikai visvienkāršākās molekulas. Ķīmiskās reakcijas ir kvantu raksturs, jo tās rada ļoti sapinušies kvantu stāvokļi, kas pārklājas viens ar otru, tāpēc pilnībā izstrādāti kvantu datori var viegli novērtēt pat vissarežģītākos procesus. Google jau ir sasniegusi attīstību šajā jomā – viņi ir modelējuši ūdeņraža molekulu. Rezultāts būs efektīvāki produkti, sākot no saules paneļiem un beidzot ar zālēm.

Kriptogrāfija. Drošības sistēmas mūsdienās ir atkarīgas no efektīvas primārās paaudzes. To var panākt ar digitālajiem datoriem, aplūkojot visus iespējamos faktorus, taču milzīgais laiks, kas nepieciešams, lai to izdarītu, padara to dārgu un nepraktisku "koda laušanu". Tikmēr kvantu datori to var paveikt eksponenciāli, efektīvāk nekā digitālās mašīnas, kas nozīmē, ka mūsdienu drošības metodes drīz novecos. Ir arī daudzsološas kvantu šifrēšanas metodes, kas tiek izstrādātas, lai izmantotu kvantu sapīšanās vienvirziena raksturu. Pilsētas mēroga tīkli jau ir demonstrēti vairākās valstīs, un Ķīnas zinātnieki nesen paziņoja, ka viņi veiksmīgi nosūta sapinušies fotonus no orbītā "kvantu" satelīta uz trim atsevišķām bāzes stacijām atpakaļ uz Zemi.

Finanšu modelēšana. Mūsdienu tirgi ir viena no sarežģītākajām pastāvošajām sistēmām. Lai gan ir izstrādāts zinātniskais un matemātiskais aparāts to aprakstīšanai un kontrolei, šādu darbību efektivitāte joprojām lielā mērā ir nepietiekama zinātnes disciplīnu fundamentālās atšķirības dēļ: nav kontrolētas vides, kurā varētu veikt eksperimentus. Lai atrisinātu šo problēmu, investori un analītiķi ir pievērsušies kvantu skaitļošanai. Viens no tūlītējiem ieguvumiem ir tas, ka kvantu datoriem raksturīgā nejaušība atbilst finanšu tirgu stohastiskajam raksturam. Investori bieži vēlas novērtēt rezultātu sadalījumu ļoti lielā skaitā nejauši ģenerētu scenāriju.

Laika prognoze. NOAA galvenais ekonomists Rodnijs F. Veihers apgalvo, ka gandrīz 30% no ASV IKP (6 triljoni dolāru) ir tieši vai netieši atkarīgi no laikapstākļiem. pārtikas ražošanai, transportēšanai un mazumtirdzniecībai. Tādējādi spēja labāk paredzēt auru būtu ļoti noderīga daudzās jomās, nemaz nerunājot par ilgāku laiku, kas atvēlēts aizsardzībai pret dabas katastrofām. Apvienotās Karalistes nacionālā meteoroloģiskā iestāde Met Office jau ir sācis investēt šādos jauninājumos, lai apmierinātu enerģijas un mērogojamības vajadzības, kas tai būs jārisina no 2020. gada, un ir publicējusi ziņojumu par savām eksa mēroga skaitļošanas vajadzībām.

Daļiņu fizika. Cieto daļiņu fizikas modeļi bieži ir ārkārtīgi sarežģīti, sarežģīti risinājumi, kuriem ir nepieciešams daudz skaitļošanas laika skaitliskām simulācijām. Tas padara tos ideāli piemērotus kvantu skaitļošanai, un zinātnieki to jau ir izmantojuši. Pētnieki Insbrukas Universitātē un Kvantu optikas un kvantu informācijas institūtā (IQOQI) nesen izmantoja programmējamu kvantu sistēmu, lai veiktu šo simulāciju. Saskaņā ar publikāciju Nature, grupa izmantoja vienkāršu kvantu datora versiju, kurā joni veica loģiskas darbības, jebkura datora aprēķina pamata soļus. Simulācija parādīja pilnīgu atbilstību aprakstītās fizikas reālajiem eksperimentiem. saka teorētiskais fiziķis Pīters Zollers. -