Entisen horisontti - ja sen jälkeen ...

Toisaalta niiden pitäisi auttaa meitä voittamaan syöpä, ennustamaan säätä tarkasti ja hallitsemaan ydinfuusio. Toisaalta pelätään, että ne aiheuttavat maailmanlaajuista tuhoa tai orjuuttavat ihmiskunnan. Tällä hetkellä laskennalliset hirviöt eivät kuitenkaan vielä pysty tekemään suurta hyvää ja yleismaailmallista pahaa samanaikaisesti.

60-luvulla tehokkaimmissa tietokoneissa oli virtaa megaflops (miljoonia liukulukuoperaatioita sekunnissa). Ensimmäinen prosessointiteholla varustettu tietokone edellä 1 GFLOPS (gigaflops) oli Cray 2, tuottanut Cray Research vuonna 1985. Ensimmäinen malli prosessointiteholla yli 1 TFLOPS (teraflops) oli ASCI punainen, jonka Intel loi vuonna 1997. Teho 1 PFLOPS (petaflops) saavutettu maakäkiIBM julkaisi vuonna 2008.

Nykyinen laskentatehoennätys kuuluu kiinalaiselle Sunway TaihuLightille ja on 9 PFLOPSia.

Vaikka, kuten näet, tehokkaimmat koneet eivät ole vielä saavuttaneet satoja petaflopseja, yhä enemmän exascale järjestelmätjossa teho on otettava huomioon exaflopsach (EFLOPS), ts. noin yli 1018 operaatiota sekunnissa. Tällaiset mallit ovat kuitenkin vasta eriasteisten hankkeiden vaiheessa.

ALENNUKSET (, liukulukuoperaatiot sekunnissa) on laskentatehon yksikkö, jota käytetään ensisijaisesti tieteellisissä sovelluksissa. Se on monipuolisempi kuin aiemmin käytetty MIPS-lohko, mikä tarkoittaa prosessorin käskyjen määrää sekunnissa. Flop ei ole SI, mutta se voidaan tulkita yksiköksi 1/s.

Tarvitset syöpätutkimuksen

Exaflops tai tuhat petaflopsia on enemmän kuin kaikki XNUMX parasta supertietokonetta yhteensä. Tiedemiehet toivovat, että uuden sukupolven koneita, joilla on tällainen teho, tuo läpimurtoja eri aloilla.

Exascale-prosessointiteho yhdistettynä nopeasti kehittyviin koneoppimistekniikoihin pitäisi auttaa esimerkiksi vihdoin murtaa syöpäkoodi. Tietomäärä, joka lääkäreillä on oltava syövän diagnosoimiseksi ja hoitamiseksi, on niin valtava, että tavallisten tietokoneiden on vaikea selviytyä tehtävästä. Tyypillisessä yksittäisessä kasvaimen biopsiatutkimuksessa tehdään yli 8 miljoonaa mittausta, joiden aikana lääkärit analysoivat kasvaimen käyttäytymistä, sen vastetta lääkehoitoon ja vaikutusta potilaan kehoon. Tämä on todellinen tiedon valtameri.

sanoi Rick Stevens Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) Argonne Laboratorysta. -

Tiedemiehet pyrkivät yhdistämään lääketieteellisen tutkimuksen laskentatehoon CANDLE-hermoverkkojärjestelmä (). Näin voit ennustaa ja kehittää hoitosuunnitelman, joka on räätälöity kunkin potilaan yksilöllisiin tarpeisiin. Tämä auttaa tutkijoita ymmärtämään keskeisten proteiinivuorovaikutusten molekyyliperustaa, kehittämään ennakoivia lääkevastemalleja ja ehdottamaan optimaalisia hoitostrategioita. Argonne uskoo, että exascale-järjestelmät pystyvät suorittamaan CANDLE-sovelluksen 50-100 kertaa nopeammin kuin tehokkaimmat nykyään tunnetut superkoneet.

Siksi odotamme innolla eksakokoisten supertietokoneiden ilmestymistä. Ensimmäiset versiot eivät kuitenkaan välttämättä ilmesty Yhdysvalloissa. Tietenkin Yhdysvallat kilpailee niiden luomisesta ja paikallishallinto hankkeessa, joka tunnetaan nimellä aamurusko tekee yhteistyötä AMD:n, IBM:n, Intelin ja Nvidian kanssa pyrkien pääsemään ulkomaisten kilpailijoiden edellä. Tämän ei kuitenkaan odoteta tapahtuvan ennen vuotta 2021. Samaan aikaan tammikuussa 2017 kiinalaiset asiantuntijat ilmoittivat eksakokoisen prototyypin luomisesta. Täysin toimiva malli tällaisesta laskentayksiköstä on − Tianhe-3 - On kuitenkin epätodennäköistä, että se valmistuu lähivuosina.

Kiinalaiset pitävät tiukasti kiinni

Tosiasia on, että vuodesta 2013 lähtien kiinalainen kehitys on ollut maailman tehokkaimpien tietokoneiden listan kärjessä. Hän hallitsi vuosia Tianhe-2ja nyt kämmen kuuluu mainitulle Sunway TaihuLight. Uskotaan, että nämä kaksi Keski-Britannian tehokkainta konetta ovat paljon tehokkaampia kuin kaikki XNUMX Yhdysvaltain energiaministeriön supertietokonetta.

Amerikkalaiset tiedemiehet haluavat tietysti saada takaisin viisi vuotta sitten olleen johtoaseman ja työskentelevät sellaisen järjestelmän parissa, jonka avulla he voivat tehdä tämän. Sitä rakennetaan Oak Ridge National Laboratoryssa Tennesseen osavaltiossa. huippukokous (2), supertietokone, joka on tarkoitus ottaa käyttöön myöhemmin tänä vuonna. Se ylittää Sunway TaihuLightin tehon. Sillä testataan ja kehitetään uusia, vahvempia ja kevyempiä materiaaleja, simuloidaan maan sisäosia akustisten aaltojen avulla ja tuetaan astrofysiikan hankkeita, jotka tutkivat maailmankaikkeuden syntyä.

2. Summit-supertietokoneen aluesuunnitelma

Mainitussa Argonnen kansallisessa laboratoriossa tutkijat suunnittelevat pian rakentavansa entistä nopeamman laitteen. Tunnetaan A21Suorituksen odotetaan nousevan 200 petaflopsiin.

Myös Japani on mukana supertietokonekilpailussa. Vaikka Yhdysvaltojen ja Kiinan välinen kilpailu on jäänyt jonkin verran varjoonsa viime aikoina, juuri tämä maa aikoo käynnistää ABC-järjestelmä (), joka tarjoaa 130 petaflopsia tehoa. Japanilaiset toivovat, että tällaista supertietokonetta voidaan käyttää tekoälyn (AI) tai syvän oppimisen kehittämiseen.

Samaan aikaan Euroopan parlamentti on juuri päättänyt rakentaa EU:n miljardin euron supertietokoneen. Tämä laskentahirviö aloittaa työnsä mantereemme tutkimuskeskuksissa vuosien 2022 ja 2023 vaihteessa. Kone rakennetaan sisään EuroGPK projektija sen rakentamisen rahoittavat jäsenvaltiot – joten myös Puola osallistuu tähän hankkeeseen. Sen ennustettua tehoa kutsutaan yleisesti "pre-exascale".

Tähän mennessä vuoden 2017 luokituksen mukaan maailman viidestäsadasta nopeimmasta supertietokoneesta Kiinassa on 202 tällaista konetta (40 %), kun taas Amerikassa 144 (29 %).

Kiina käyttää myös 35 prosenttia maailman laskentatehosta, kun se Yhdysvalloissa on 30 prosenttia. Seuraavat maat, joissa on eniten supertietokoneita listalla, ovat Japani (35 järjestelmää), Saksa (20), Ranska (18) ja Iso-Britannia (15). On syytä huomata, että alkuperämaasta riippumatta kaikki viisisataa tehokkainta supertietokonetta käyttävät eri Linux-versioita ...

He suunnittelevat itse

Supertietokoneet ovat jo nyt arvokas työkalu, joka tukee tiede- ja teknologiateollisuutta. Niiden avulla tutkijat ja insinöörit voivat edistyä tasaisesti (ja joskus jopa valtavia harppauksia eteenpäin) sellaisilla aloilla kuin biologia, sää- ja ilmastoennusteet, astrofysiikka ja ydinaseet.

Loput riippuu heidän voimastaan. Supertietokoneiden käyttö voi tulevina vuosikymmeninä muuttaa merkittävästi niiden maiden taloudellista, sotilaallista ja geopoliittista tilannetta, joilla on pääsy tämäntyyppiseen huippuluokan infrastruktuuriin.

Edistyminen tällä alalla on niin nopeaa, että uusien mikroprosessorien sukupolvien suunnittelu on jo tullut liian vaikeaksi jopa lukuisille henkilöresursseille. Tästä syystä kehittyneillä tietokoneohjelmistoilla ja supertietokoneilla on yhä enemmän johtava rooli tietokoneiden kehityksessä, mukaan lukien ne, joissa on etuliite "super".

3. Japanilainen supertietokone

Lääkeyhtiöt voivat pian toimia täysimääräisesti tietojenkäsittelyn supervoimien ansiosta käsittelemään valtavaa määrää ihmisen genomeja, eläimet ja kasvit, jotka auttavat luomaan uusia lääkkeitä ja hoitoja erilaisiin sairauksiin.

Toinen syy (itse asiassa yksi tärkeimmistä), miksi hallitukset investoivat niin paljon supertietokoneiden kehittämiseen. Tehokkaammat ajoneuvot auttavat tulevia sotilasjohtajia kehittämään selkeitä taistelustrategioita kaikissa taistelutilanteissa, mahdollistavat tehokkaampien asejärjestelmien kehittämisen ja tukevat lainvalvonta- ja tiedusteluviranomaisia ​​mahdollisten uhkien tunnistamisessa etukäteen.

Teho ei riitä aivosimulaatioon

Uusien supertietokoneiden pitäisi auttaa selvittämään meille pitkään tuntemamme luonnollinen supertietokone - ihmisaivot.

Kansainvälinen tutkijaryhmä on äskettäin kehittänyt algoritmin, joka on tärkeä uusi askel aivojen hermoyhteyksien mallintamisessa. Uusi NEST-algoritmi, joka on kuvattu Frontiers in Neuroinformatics -julkaisussa julkaistussa avoimessa asiakirjassa, sen odotetaan simuloivan 100 miljardia toisiinsa kytkettyä ihmisen aivojen neuronia supertietokoneissa. Työssä oli mukana tutkijoita saksalaisesta tutkimuskeskuksesta Jülichistä, Norjan biotieteiden yliopistosta, Aachenin yliopistosta, japanilaisesta RIKEN-instituutista ja Tukholman kuninkaallisesta teknologiainstituutista KTH.

Vuodesta 2014 lähtien suuren mittakaavan hermoverkkosimulaatioita on suoritettu RIKEN- ja JUQUEEN-supertietokoneilla Jülich-supertietokonekeskuksessa Saksassa, ja ne simuloivat noin 1 %:n yhteyksiä ihmisen aivoissa olevista neuroneista. Miksi vain niin monta? Voivatko supertietokoneet simuloida koko aivoja?

Susanne Kunkel ruotsalaisesta KTH:sta kertoo.

Simuloinnin aikana neuronien toimintapotentiaali (lyhyet sähköimpulssit) on lähetettävä noin kaikille 100 XNUMX ihmiselle. pienet tietokoneet, joita kutsutaan solmuiksi ja joista jokainen on varustettu useilla prosessoreilla, jotka suorittavat todelliset laskelmat. Jokainen solmu tarkistaa, mitkä näistä impulsseista liittyvät tässä solmussa oleviin virtuaalisiin neuroniin.

4. Neuronien aivoyhteyksien mallinnus, ts. olemme vasta matkan alussa (1 %)

Ilmeisesti prosessorien näiden lisäbittien vaatima tietokonemuistin määrä neuronia kohti kasvaa hermoverkon koon myötä. Koko ihmisaivojen 1 prosentin simulaation (4) ylittäminen vaatisi XNUMX kertaa enemmän muistia kuin mitä on saatavilla kaikissa supertietokoneissa nykyään. Siksi koko aivojen simulaation saamisesta voitaisiin puhua vain tulevien eksakokoisten supertietokoneiden yhteydessä. Tässä seuraavan sukupolven NEST-algoritmin pitäisi toimia.

Maailman TOP-5 supertietokonetta

1. Sunway TaihuLight – 93 PFLOPS-supertietokone lanseerattiin vuonna 2016 Wuxissa, Kiinassa. Kesäkuusta 2016 lähtien se on ollut maailman suurimman laskentatehon omaavien supertietokoneiden TOP500-listan kärjessä.

2. Tianhe-2 (Linnunrata-2) on supertietokone, jonka laskentateho on 33,86 PFLOPS, jonka on rakentanut NUDT () Kiinassa. Kesäkuusta 2013 lähtien

kesäkuuhun 2016 asti se oli maailman nopein supertietokone.

3. Piz Daint - Crayn kehittämä malli, asennettu Sveitsin kansalliseen supertietokonekeskukseen (). Se päivitettiin äskettäin - Nvidia Tesla K20X -kiihdyttimet korvattiin uusilla, Tesla P100:lla, mikä mahdollisti laskentatehon kasvattamisen 2017:sta 9,8 PFLOPS:iin kesällä 19,6.

4. Gyokou on ExaScalerin ja PEZY Computingin kehittämä supertietokone. Sijaitsee Yokohama Institute of Geosciences Japan Agency for Marine Science and Technologyssa (JAMSTEC); samassa kerroksessa Earth-simulaattorin kanssa. Teho: 19,14 PFLOPs.

5. Titaani on 17,59 PFLOPS-supertietokone, jonka valmistaa Cray Inc. ja lanseerattiin lokakuussa 2012 Oak Ridge National Laboratoryssa Yhdysvalloissa. Marraskuusta 2012 kesäkuuhun 2013 Titan oli maailman nopein supertietokone. Se on tällä hetkellä viidenneksi, mutta on silti Yhdysvaltojen nopein supertietokone.

He kilpailevat myös ylivallasta kvantissa

IBM uskoo, että seuraavien viiden vuoden aikana, ei supertietokoneet perustuvat perinteisiin piisiruja, mutta alkaa lähettää. Yrityksen tutkijoiden mukaan teollisuus on vasta alkamassa ymmärtää, miten kvanttitietokoneita voidaan käyttää. Insinöörien odotetaan löytävän näiden koneiden ensimmäiset suuret sovellukset vain viiden vuoden sisällä.

Kvanttitietokoneet käyttävät laskentayksikköä nimeltä kubitem. Tavalliset puolijohteet edustavat informaatiota sarjojen 1 ja 0 muodossa, kun taas qubiteillä on kvanttiominaisuuksia ja ne voivat suorittaa laskutoimituksia samanaikaisesti 1:nä ja 0:na. Tämä tarkoittaa, että kaksi kubittiä voivat samanaikaisesti edustaa 1-0, 1-1, 0-1 sarjoja. . ., 0-0. Laskentateho kasvaa eksponentiaalisesti jokaisen kubitin myötä, joten teoriassa vain 50 kubitin kvanttitietokoneella voisi olla enemmän prosessointitehoa kuin maailman tehokkaimmilla supertietokoneilla.

D-Wave Systems myy jo kvanttitietokonetta, jota sanotaan olevan 2. qubits. kuitenkin D-Wav-kopioitae(5) ovat kiistanalaisia. Vaikka jotkut tutkijat ovat käyttäneet niitä hyvin, ne eivät silti ole päihittäneet klassisia tietokoneita ja ovat hyödyllisiä vain tietyissä optimointiongelmien luokissa.

5. D-Wave-kvanttitietokoneet

Muutama kuukausi sitten Google Quantum AI Lab esitteli uutta 72 qubit kvanttiprosessoria nimeltä harjakset kartiot (6). Se voi pian saavuttaa "kvanttiylivallan" ohittamalla klassisen supertietokoneen, ainakin joidenkin ongelmien ratkaisemisessa. Kun kvanttiprosessori osoittaa riittävän alhaisen virhesuhteen toiminnassa, se voi olla tehokkaampi kuin klassinen supertietokone, jolla on hyvin määritelty IT-tehtävä.

6. Bristlecone 72 qubit kvanttiprosessori

Seuraavaksi jonossa oli Google-prosessori, sillä esimerkiksi tammikuussa Intel julkisti oman 49-kubitin kvanttijärjestelmän ja aiemmin IBM esitteli 50-kubitin version. Intel siru, Loihi, se on innovatiivinen myös muilla tavoilla. Se on ensimmäinen "neuromorfinen" integroitu piiri, joka on suunniteltu jäljittelemään sitä, miten ihmisaivot oppivat ja ymmärtävät. Se on "täysin toimiva" ja se on tutkimuskumppaneiden saatavilla myöhemmin tänä vuonna.

Tämä on kuitenkin vasta alkua, koska pystyäksesi käsittelemään piihirviöitä tarvitset z miljoonia kubitteja. Delftin hollantilaisen teknisen yliopiston tutkijoiden ryhmä toivoo, että tapa saavuttaa tällainen mittakaava on käyttää piitä kvanttitietokoneissa, koska heidän jäsenensä ovat löytäneet ratkaisun, kuinka piitä voidaan käyttää ohjelmoitavan kvanttiprosessorin luomiseen.

Nature-lehdessä julkaistussa tutkimuksessaan hollantilainen ryhmä kontrolloi yhden elektronin pyörimistä mikroaaltoenergialla. Piissä elektroni pyörii ylös ja alas samanaikaisesti, pitäen sen tehokkaasti paikallaan. Kun tämä saavutettiin, ryhmä yhdisti kaksi elektronia yhteen ja ohjelmoi ne suorittamaan kvanttialgoritmeja.

Se oli mahdollista luoda piin pohjalta kaksibittinen kvanttiprosessori.

Tohtori Tom Watson, yksi tutkimuksen tekijöistä, selitti BBC:lle. Jos Watson ja hänen tiiminsä onnistuvat sulattamaan vielä enemmän elektroneja, se voi johtaa kapinaan. qubit prosessorittämä tuo meidät askeleen lähemmäksi tulevaisuuden kvanttitietokoneita.

- Se, joka rakentaa täysin toimivan kvanttitietokoneen, hallitsee maailmaa Manas Mukherjee Singaporen kansallisesta yliopistosta ja päätutkija National Center for Quantum Technology sanoi äskettäin haastattelussa. Kilpailu suurimpien teknologiayritysten ja tutkimuslaboratorioiden välillä keskittyy tällä hetkellä ns kvanttiylivaltapiste, jossa kvanttitietokone voi suorittaa laskelmia enemmän kuin mitä edistyneimmät nykyaikaiset tietokoneet voivat tarjota.

Yllä olevat esimerkit Googlen, IBM:n ja Intelin saavutuksista osoittavat, että yhdysvaltalaiset yritykset (ja siten osavaltio) hallitsevat tällä alueella. Kiinalainen Alibaba Cloud julkaisi kuitenkin äskettäin 11-kubitin prosessoripohjaisen pilvilaskenta-alustan, jonka avulla tutkijat voivat testata uusia kvanttialgoritmeja. Tämä tarkoittaa, että Kiina ei myöskään peitä päärynöitä tuhkalla kvanttilaskentalohkojen alalla.

Yritykset luoda kvanttisupertietokoneita eivät kuitenkaan ole vain innostuneita uusista mahdollisuuksista, vaan aiheuttavat myös kiistaa.

Muutama kuukausi sitten Moskovassa pidetyssä kansainvälisessä kvanttiteknologiakonferenssissa Alexander Lvovsky (7) Venäjän kvanttikeskuksesta, joka on myös fysiikan professori Calgaryn yliopistossa Kanadassa, sanoi, että kvanttitietokoneet tuhoamistyökaluluomatta.

7. Professori Aleksanteri Lvovsky

Mitä hän tarkoitti? Ensinnäkin digitaalinen turvallisuus. Tällä hetkellä kaikki Internetin kautta välitetyt arkaluontoiset digitaaliset tiedot on salattu asianomaisten osapuolten yksityisyyden suojaamiseksi. Olemme jo nähneet tapauksia, joissa hakkerit voivat siepata nämä tiedot murtamalla salauksen.

Lvovin mukaan kvanttitietokoneen ilmestyminen vain helpottaa kyberrikollisten toimintaa. Mikään nykyään tunnettu salaustyökalu ei voi suojautua todellisen kvanttitietokoneen prosessointiteholta.

Terveystiedot, taloustiedot ja jopa hallitusten ja sotilasjärjestöjen salaisuudet olisivat saatavilla pannulla, mikä tarkoittaisi, kuten Lvovsky huomauttaa, että uusi teknologia voisi uhata koko maailmanjärjestystä. Muut asiantuntijat uskovat, että venäläisten pelot ovat perusteettomia, sillä todellisen kvantisupertietokoneen luominen mahdollistaa myös aloittaa kvanttisalauksen, pidetään tuhoutumattomana.

Toinen lähestymistapa

Perinteisten tietokoneteknologioiden ja kvanttijärjestelmien kehittämisen lisäksi eri keskuksissa kehitetään muitakin menetelmiä tulevaisuuden supertietokoneiden rakentamiseksi.

Amerikkalainen DARPA rahoittaa kuutta vaihtoehtoisten tietokonesuunnitteluratkaisujen keskusta. Nykyaikaisissa koneissa käytettyä arkkitehtuuria kutsutaan perinteisesti ns Arkkitehtuuri von NeumannHän on jo seitsemänkymmentä vuotta vanha. Puolustusorganisaation yliopistotutkijoiden tuella pyritään kehittämään entistä älykkäämpää lähestymistapaa suurten tietomäärien käsittelyyn.

Puskurointi ja rinnakkaislaskenta Tässä on esimerkkejä uusista menetelmistä, joiden parissa nämä tiimit työskentelevät. Toinen ADA (), mikä helpottaa sovellusten kehittämistä muuntamalla CPU- ja muistikomponentit moduuleineen yhdeksi kokoonpanoksi sen sijaan, että käsittelisit niiden liitäntäongelmia emolevyllä.

Viime vuonna ryhmä tutkijoita Iso-Britanniasta ja Venäjältä onnistuneesti osoitti, että tyyppi "Maaginen pöly"joista ne koostuvat valoa ja ainetta - Loppujen lopuksi ylivoimainen "suorituskyky" jopa tehokkaimpiin supertietokoneisiin.

Brittiläisten Cambridgen, Southamptonin ja Cardiffin yliopistojen sekä venäläisen Skolkovo-instituutin tutkijat ovat käyttäneet kvanttihiukkasia, jotka tunnetaan ns. polaritonistajoka voidaan määritellä joksikin valon ja aineen väliltä. Tämä on täysin uusi lähestymistapa tietokoneiden laskemiseen. Tiedemiesten mukaan se voi muodostaa perustan uudenlaiselle tietokoneelle, joka pystyy ratkaisemaan tällä hetkellä ratkaisemattomia kysymyksiä - eri aloilla, kuten biologiassa, rahoituksessa ja avaruusmatkailussa. Tutkimuksen tulokset on julkaistu Nature Materials -lehdessä.

Muista, että nykypäivän supertietokoneet pystyvät käsittelemään vain pienen osan ongelmista. Jopa hypoteettinen kvanttitietokone, jos se lopulta rakennetaan, tarjoaa parhaimmillaan neliöllisen nopeuden monimutkaisimpien ongelmien ratkaisemiseen. Samaan aikaan "keijupölyä" luovat polaritonit luodaan aktivoimalla gallium-, arseeni-, indium- ja alumiiniatomikerroksia lasersäteillä.

Näiden kerrosten elektronit absorboivat ja lähettävät tietyn väristä valoa. Polaritonit ovat kymmenentuhatta kertaa kevyempiä kuin elektronit ja voivat saavuttaa riittävän tiheyden synnyttääkseen uuden aineen tilan, joka tunnetaan ns. Bose-Einstein-kondensaatti (kahdeksan). Siinä olevien polaritonien kvanttifaasit ovat synkronoituja ja muodostavat yhden makroskooppisen kvanttiobjektin, joka voidaan havaita fotoluminesenssimittauksilla.

8. Käyrä esittää Bose-Einstein-kondensaattia

Osoittautuu, että tässä tietyssä tilassa polaritonikondensaatti voi ratkaista kvanttitietokoneita kuvattaessa mainitsemamme optimointiongelman paljon tehokkaammin kuin kubittipohjaiset prosessorit. Brittiläis-venäläisten tutkimusten kirjoittajat ovat osoittaneet, että polaritonien tiivistyessä niiden kvanttifaasit järjestetään konfiguraatioon, joka vastaa kompleksisen funktion absoluuttista minimiä.

"Olemme vasta alussa tutkimassa polaritonikaavioiden mahdollisuuksia monimutkaisten ongelmien ratkaisemiseksi", kirjoittaa Nature Materialsin toinen kirjoittaja Prof. Pavlos Lagoudakis, Southamptonin yliopiston hybridifotoniikan laboratorion johtaja. "Skaalamme parhaillaan laitettamme satoihin solmuihin samalla kun testaamme taustalla olevaa prosessointitehoa."

Näissä valon ja aineen hienovaraisten kvanttivaiheiden maailmasta tehdyissä kokeissa jopa kvanttiprosessorit näyttävät olevan jotain kömpelöä ja kiinteästi todellisuuteen liittyvää. Kuten näette, tiedemiehet eivät työskentele vain huomisen supertietokoneiden ja ylihuomisen koneiden parissa, vaan he suunnittelevat jo mitä ylihuomenna tapahtuu.

Tässä vaiheessa eksa-asteikon saavuttaminen on melkoinen haaste, sitten mietit seuraavia virstanpylväitä floppiasteikolla (9). Kuten saatat arvata, pelkkä prosessorien ja muistin lisääminen siihen ei riitä. Jos tiedemiehiä on uskoa, niin tehokkaan laskentatehon saavuttaminen antaa meille mahdollisuuden ratkaista meille tuntemia megaongelmia, kuten syövän tulkintaa tai tähtitieteellisten tietojen analysointia.

9. Supertietokoneiden tulevaisuus

Yhdistä kysymys vastaukseen

Mitä seuraavaksi?

No, kvanttitietokoneiden tapauksessa herää kysymyksiä, mihin niitä pitäisi käyttää. Vanhan sanonnan mukaan tietokoneet ratkaisevat ongelmia, joita ei olisi olemassa ilman niitä. Joten meidän pitäisi luultavasti rakentaa nämä futuristiset superkoneet ensin. Sitten ongelmat syntyvät itsestään.

Millä aloilla kvanttitietokoneista voi olla hyötyä?

Tekoäly. Tekoäly () toimii kokemuksen kautta oppimisen periaatteella, joka tarkentuu palautteen vastaanottamisen myötä ja kunnes tietokoneohjelmasta tulee "älykäs". Palaute perustuu useiden mahdollisten vaihtoehtojen todennäköisyyksiä koskeviin laskelmiin. Tiedämme jo, että esimerkiksi Lockheed Martin aikoo käyttää D-Wave-kvanttitietokonettaan testatakseen autopilottiohjelmistoa, joka on tällä hetkellä liian monimutkainen klassisille tietokoneille, ja Google käyttää kvanttitietokonetta kehittääkseen ohjelmistoja, jotka erottavat autot maamerkeistä.

Molekyylimallinnus. Kvanttitietokoneiden ansiosta on mahdollista mallintaa tarkasti molekyylien vuorovaikutuksia etsimällä optimaalisia konfiguraatioita kemiallisille reaktioille. Kvanttikemia on niin monimutkaista, että nykyaikaiset digitaaliset tietokoneet pystyvät analysoimaan vain yksinkertaisimpia molekyylejä. Kemialliset reaktiot ovat luonteeltaan kvanttimuotoisia, koska ne luovat erittäin kietoutuneita kvanttitiloja, jotka menevät päällekkäin, joten täysin kehittyneet kvanttitietokoneet voivat helposti arvioida monimutkaisimmatkin prosessit. Googlella on jo kehitystä tällä alueella – he ovat mallintaneet vetymolekyylin. Tuloksena on tehokkaampia tuotteita aurinkopaneeleista lääkkeisiin.

Kryptografia. Turvajärjestelmät ovat nykyään riippuvaisia ​​tehokkaasta ensisijaisesta tuotannosta. Tämä voidaan saavuttaa digitaalisilla tietokoneilla tarkastelemalla kaikkia mahdollisia tekijöitä, mutta sen tekemiseen tarvittava aika tekee "koodin murtamisesta" kallista ja epäkäytännöllistä. Samaan aikaan kvanttitietokoneet voivat tehdä tämän eksponentiaalisesti, tehokkaammin kuin digitaaliset koneet, mikä tarkoittaa, että nykyiset tietoturvamenetelmät vanhenevat pian. On myös lupaavia kvanttisalausmenetelmiä, joita kehitetään hyödyntämään kvanttiketujen yksisuuntaista luonnetta. Kaupunginlaajuisia verkkoja on jo demonstroitu useissa maissa, ja kiinalaiset tiedemiehet ilmoittivat äskettäin lähettävänsä onnistuneesti kietoutuneita fotoneja kiertävästä "kvantti"satelliitista kolmeen eri tukiasemaan takaisin Maahan.

Taloudellinen mallinnus. Nykyaikaiset markkinat ovat yksi monimutkaisimmista olemassa olevista järjestelmistä. Vaikka tieteellinen ja matemaattinen laitteisto niiden kuvaamiseen ja hallintaan on kehitetty, tällaisten toimintojen tehokkuus on edelleen suurelta osin riittämätön tieteenalojen välisen perustavanlaatuisen eron vuoksi: ei ole kontrolloitua ympäristöä, jossa kokeita voitaisiin suorittaa. Tämän ongelman ratkaisemiseksi sijoittajat ja analyytikot ovat kääntyneet kvanttilaskentaan. Eräs välitön etu on, että kvanttitietokoneiden satunnaisuus on sopusoinnussa rahoitusmarkkinoiden stokastisen luonteen kanssa. Sijoittajat haluavat usein arvioida tulosten jakautumista erittäin suuressa määrässä satunnaisesti luotuja skenaarioita.

Sääennuste. NOAA:n pääekonomisti Rodney F. Weiher väittää, että lähes 30 % Yhdysvaltain BKT:sta (6 biljoonaa dollaria) on suoraan tai epäsuorasti riippuvaisia ​​säästä. elintarviketuotantoon, kuljetukseen ja vähittäiskauppaan. Siten kyky ennustaa aura paremmin olisi erittäin hyödyllinen monilla alueilla, puhumattakaan luonnonkatastrofien suojeluun varatusta pidemmästä ajasta. Ison-Britannian kansallinen meteorologinen yksikkö, Met Office, on jo alkanut investoida tällaisiin innovaatioihin vastatakseen teho- ja skaalautuvuustarpeisiin, joita se joutuu käsittelemään vuodesta 2020 eteenpäin, ja on julkaissut raportin omista eksamittakaavaisista laskentatarpeistaan.

Hiukkasfysiikka. Kiinteiden hiukkasten fysiikan mallit ovat usein erittäin monimutkaisia, monimutkaisia ​​ratkaisuja, jotka vaativat paljon laskenta-aikaa numeerisiin simulaatioihin. Tämä tekee niistä ihanteellisia kvanttilaskentaan, ja tutkijat ovat jo hyödyntäneet tätä. Innsbruckin yliopiston ja kvanttioptiikan ja kvanttiinformaation instituutin (IQOQI) tutkijat käyttivät äskettäin ohjelmoitavaa kvanttijärjestelmää tämän simulaation suorittamiseen. Nature-lehdessä julkaistun julkaisun mukaan ryhmä käytti yksinkertaista versiota kvanttitietokoneesta, jossa ionit suorittivat loogisia operaatioita, minkä tahansa tietokonelaskennan perusvaiheita. Simulaatio osoitti täydellisen yhtäpitävyyden kuvatun fysiikan todellisten kokeiden kanssa. sanoo teoreettinen fyysikko Peter Zoller. -