Upeo wa zamani - na zaidi ...

Kwa upande mmoja, zinapaswa kutusaidia kushinda saratani, kutabiri kwa usahihi hali ya hewa, na muunganisho wa nyuklia. Kwa upande mwingine, kuna hofu kwamba watasababisha uharibifu wa ulimwengu au kuwafanya wanadamu kuwa watumwa. Kwa sasa, hata hivyo, monsters computational bado hawawezi kufanya nzuri kubwa na uovu wote kwa wakati mmoja.

Katika miaka ya 60, kompyuta zenye ufanisi zaidi zilikuwa na nguvu megaflops (mamilioni ya shughuli za sehemu zinazoelea kwa sekunde). Kompyuta ya kwanza yenye nguvu ya usindikaji juu ya 1 GFLOPS (gigaflops) ilikuwa Kelele 2, iliyotolewa na Cray Research mwaka wa 1985. Mfano wa kwanza na nguvu ya usindikaji juu ya 1 TFLOPS (teraflops) ilikuwa Nyekundu ya ASCI, iliyoundwa na Intel mnamo 1997. Nguvu ya PFLOPS 1 (petaflops) imefikiwa Njia ya barabarani, iliyotolewa na IBM mnamo 2008.

Rekodi ya sasa ya nguvu ya kompyuta ni ya Uchina Sunway TaihuLight na ni 9 PFLOPS.

Ingawa, kama unaweza kuona, mashine zenye nguvu zaidi bado hazijafikia mamia ya petaflops, zaidi na zaidi mifumo ya exascaleambayo mamlaka lazima izingatiwe exaflopsach (EFLOPS), yaani. takriban shughuli 1018 kwa sekunde. Walakini, miundo kama hiyo bado iko tu katika hatua ya miradi ya viwango tofauti vya ustaarabu.

KUPUNGUZA (, shughuli za sehemu zinazoelea kwa sekunde) ni kitengo cha nishati ya kompyuta inayotumiwa hasa katika matumizi ya kisayansi. Inafaa zaidi kuliko block ya MIPS iliyotumiwa hapo awali, ambayo inamaanisha idadi ya maagizo ya kichakataji kwa sekunde. Flop sio SI, lakini inaweza kufasiriwa kama kitengo cha 1/s.

Unahitaji exascale kwa saratani

Exaflops, au petaflops elfu, ni zaidi ya kompyuta kuu XNUMX bora kwa pamoja. Wanasayansi wanatumai kuwa kizazi kipya cha mashine zenye nguvu kama hiyo kitaleta mafanikio katika nyanja mbalimbali.

Nguvu ya usindikaji ya ziada pamoja na teknolojia ya kujifunza mashine inayoendelea kwa kasi inapaswa kusaidia, kwa mfano, hatimaye. vunja kanuni ya saratani. Kiasi cha data ambacho madaktari wanapaswa kuwa nacho ili kugundua na kutibu saratani ni kubwa sana hivi kwamba ni ngumu kwa kompyuta za kawaida kukabiliana na kazi hiyo. Katika uchunguzi wa kawaida wa biopsy ya tumor, vipimo zaidi ya milioni 8 vinachukuliwa, wakati ambapo madaktari huchambua tabia ya tumor, majibu yake kwa matibabu ya pharmacological, na athari kwenye mwili wa mgonjwa. Hii ni bahari halisi ya data.

Alisema Rick Stevens wa Idara ya Nishati ya Marekani (DOE) Argonne Laboratory. -

Kuchanganya utafiti wa matibabu na nguvu ya kompyuta, wanasayansi wanafanya kazi CANDLE mfumo wa mtandao wa neva (). Hii hukuruhusu kutabiri na kukuza mpango wa matibabu unaolingana na mahitaji ya kibinafsi ya kila mgonjwa. Hii itasaidia wanasayansi kuelewa msingi wa molekuli ya mwingiliano muhimu wa protini, kukuza mifano ya majibu ya dawa ya ubashiri, na kupendekeza mikakati bora ya matibabu. Argonne anaamini kwamba mifumo ya exascale itaweza kuendesha programu ya CANDLE mara 50 hadi 100 kwa kasi zaidi kuliko supermachines zenye nguvu zaidi zinazojulikana leo.

Kwa hiyo, tunatazamia kuonekana kwa kompyuta za juu zaidi. Hata hivyo, si lazima matoleo ya kwanza yaonekane Marekani. Bila shaka, Marekani iko katika kinyang'anyiro cha kuziunda, na serikali ya mtaa katika mradi unaojulikana kama Aurora inashirikiana na AMD, IBM, Intel na Nvidia, kujitahidi kupata mbele ya washindani wa kigeni. Walakini, hii haitarajiwi kutokea kabla ya 2021. Wakati huo huo, mnamo Januari 2017, wataalam wa China walitangaza kuundwa kwa mfano wa exascale. Mfano unaofanya kazi kikamilifu wa aina hii ya kitengo cha hesabu ni - Tianhe-3 - hata hivyo, hakuna uwezekano kwamba itakuwa tayari katika miaka michache ijayo.

Wachina wanashikilia sana

Ukweli ni kwamba tangu 2013, maendeleo ya Kichina yameongoza orodha ya kompyuta zenye nguvu zaidi duniani. Alitawala kwa miaka Tianhe-2na sasa kiganja ni cha waliotajwa Sunway TaihuLight. Inaaminika kuwa mashine hizi mbili zenye nguvu zaidi katika Ufalme wa Kati zina nguvu zaidi kuliko kompyuta kuu ishirini na moja katika Idara ya Nishati ya Merika.

Wanasayansi wa Marekani, bila shaka, wanataka kurejesha nafasi ya kuongoza waliyoshikilia miaka mitano iliyopita, na wanafanya kazi kwenye mfumo ambao utawawezesha kufanya hivyo. Inajengwa katika Maabara ya Kitaifa ya Oak Ridge huko Tennessee. Mkutano (2), kompyuta kuu iliyopangwa kuanza kutumika baadaye mwaka huu. Inapita nguvu za Sunway TaihuLight. Itatumika kujaribu na kutengeneza nyenzo mpya ambazo ni imara na nyepesi zaidi, kuiga mambo ya ndani ya Dunia kwa kutumia mawimbi ya sauti, na kusaidia miradi ya unajimu inayochunguza asili ya ulimwengu.

2. Mpango wa anga wa kompyuta kuu ya Mkutano

Katika Maabara ya Kitaifa ya Argonne iliyotajwa, wanasayansi hivi karibuni wanapanga kuunda kifaa cha haraka zaidi. Inayojulikana kama A21Utendaji unatarajiwa kufikia petaflops 200.

Japan pia inashiriki katika mbio za kompyuta kubwa. Ingawa hivi majuzi imegubikwa na ushindani wa Marekani na China, ni nchi hii ambayo inapanga kuzindua Mfumo wa ABKI (), kutoa petaflops 130 za nguvu. Wajapani wanatumai kuwa kompyuta kubwa kama hiyo inaweza kutumika kukuza AI (akili ya bandia) au kujifunza kwa kina.

Wakati huo huo, Bunge la Ulaya limeamua tu kujenga kompyuta kuu ya euro bilioni ya EU. Mnyama huyu wa kompyuta ataanza kazi yake kwa vituo vya utafiti vya bara letu mwanzoni mwa 2022 na 2023. Mashine itajengwa ndani Mradi wa EuroGPKna ujenzi wake utafadhiliwa na Nchi Wanachama - hivyo Poland pia itashiriki katika mradi huu. Nguvu yake iliyotabiriwa inajulikana kama "pre-exascale".

Kufikia sasa, kulingana na kiwango cha 2017, kati ya kompyuta mia tano zenye kasi zaidi ulimwenguni, Uchina ina mashine kama hizo 202 (40%), wakati Amerika inadhibiti 144 (29%).

China pia inatumia 35% ya nguvu za kompyuta duniani ikilinganishwa na 30% nchini Marekani. Nchi zinazofuata zenye kompyuta kubwa zaidi kwenye orodha ni Japan (mifumo 35), Ujerumani (20), Ufaransa (18) na Uingereza (15). Inafaa kumbuka kuwa, bila kujali nchi ya asili, kompyuta zote mia tano zenye nguvu zaidi hutumia matoleo tofauti ya Linux ...

Wanatengeneza wenyewe

Kompyuta kubwa tayari ni zana muhimu inayosaidia tasnia ya sayansi na teknolojia. Huwawezesha watafiti na wahandisi kufanya maendeleo thabiti (na wakati mwingine hata hatua kubwa mbele) katika maeneo kama vile biolojia, utabiri wa hali ya hewa na hali ya hewa, unajimu na silaha za nyuklia.

Wengine hutegemea nguvu zao. Katika miongo ijayo, matumizi ya kompyuta kubwa zaidi yanaweza kubadilisha kwa kiasi kikubwa hali ya kiuchumi, kijeshi na kijiografia ya nchi hizo ambazo zinaweza kufikia aina hii ya miundombinu ya kisasa.

Maendeleo katika uwanja huu ni ya haraka sana kwamba muundo wa vizazi vipya vya microprocessors tayari umekuwa mgumu sana hata kwa rasilimali nyingi za watu. Kwa sababu hii, programu ya juu ya kompyuta na kompyuta kubwa zinazidi kuchukua jukumu kuu katika maendeleo ya kompyuta, ikiwa ni pamoja na wale walio na kiambishi awali "super".

3. Kompyuta kubwa ya Kijapani

Kampuni za dawa hivi karibuni zitaweza kufanya kazi kikamilifu shukrani kwa nguvu kuu za kompyuta usindikaji idadi kubwa ya jenomu za binadamu, wanyama na mimea ambayo itasaidia kuunda dawa mpya na matibabu ya magonjwa mbalimbali.

Sababu nyingine (kwa kweli moja ya zile kuu) kwa nini serikali zinawekeza sana katika maendeleo ya kompyuta kubwa. Magari yenye ufanisi zaidi yatasaidia viongozi wa kijeshi wa siku zijazo kuunda mikakati ya wazi ya vita katika hali yoyote ya mapigano, kuruhusu uundaji wa mifumo bora zaidi ya silaha, na kusaidia watekelezaji wa sheria na mashirika ya kijasusi katika kutambua vitisho vinavyoweza kutokea mapema.

Hakuna nguvu za kutosha kwa uigaji wa ubongo

Kompyuta kubwa mpya zinapaswa kusaidia kubainisha kompyuta kuu ya asili inayojulikana kwetu kwa muda mrefu - ubongo wa mwanadamu.

Timu ya kimataifa ya wanasayansi hivi majuzi imeunda algoriti ambayo inawakilisha hatua mpya muhimu katika kuiga miunganisho ya neva ya ubongo. Mpya HAKUNA algorithm, iliyofafanuliwa katika karatasi ya ufikiaji wazi iliyochapishwa katika Frontiers in Neuroinformatics, inatarajiwa kuiga neuroni za ubongo wa binadamu bilioni 100 zilizounganishwa kwenye kompyuta kuu. Wanasayansi kutoka kituo cha utafiti cha Ujerumani Jülich, Chuo Kikuu cha Norway cha Sayansi ya Maisha, Chuo Kikuu cha Aachen, Taasisi ya Kijapani ya RIKEN na Taasisi ya Teknolojia ya KTH ya Kifalme huko Stockholm walihusika katika kazi hiyo.

Tangu 2014, uigaji mkubwa wa mtandao wa neva umekuwa ukifanya kazi kwenye kompyuta kuu za RIKEN na JUQUEEN katika Kituo cha Kompyuta cha Jülich Supercomputing nchini Ujerumani, ikiiga miunganisho ya takriban 1% ya niuroni katika ubongo wa binadamu. Mbona wengi tu? Je! Kompyuta kubwa zinaweza kuiga ubongo wote?

Susanne Kunkel kutoka kampuni ya Uswidi ya KTH anaeleza.

Wakati wa kuiga, uwezo wa utendaji wa nyuro (misukumo fupi ya umeme) lazima utume kwa takriban watu wote 100. kompyuta ndogo zinazoitwa nodi, kila moja ikiwa na idadi ya wasindikaji wanaofanya mahesabu halisi. Kila nodi hukagua ni ipi kati ya misukumo hii inayohusiana na niuroni pepe zilizopo katika nodi hii.

4. Mfano wa uhusiano wa ubongo wa neurons, i.e. tuko mwanzoni mwa safari (1%)

Ni wazi, kiasi cha kumbukumbu ya kompyuta kinachohitajika na vichakataji kwa biti hizi za ziada kwa kila neuroni huongezeka kulingana na saizi ya mtandao wa neva. Ili kwenda zaidi ya uigaji wa 1% wa ubongo wote wa mwanadamu (4) ingehitaji Kumbukumbu mara XNUMX zaidi kuliko kile kinachopatikana katika kompyuta kuu zote leo. Kwa hivyo, itawezekana kuzungumza juu ya kupata simulation ya ubongo wote tu katika muktadha wa kompyuta kubwa za hali ya juu za siku zijazo. Hapa ndipo algoriti ya NEST ya kizazi kijacho inapaswa kufanya kazi.

Kompyuta kuu za TOP-5 za ulimwengu

1. Sanway TaihuLight - Kompyuta kuu ya 93 PFLOPS ilizinduliwa mnamo 2016 huko Wuxi, Uchina. Tangu Juni 2016, imeongoza orodha ya TOP500 ya kompyuta kubwa zilizo na nguvu kubwa zaidi ya kompyuta ulimwenguni.

2. Tianhe-2 (Milky Way-2) ni kompyuta kubwa yenye nguvu ya kompyuta ya 33,86 PFLOPS iliyojengwa na NUDT () nchini Uchina. Kuanzia Juni 2013

hadi Juni 2016, ilikuwa kompyuta kuu yenye kasi zaidi duniani.

3. Pease Dynt - muundo uliotengenezwa na Cray, uliowekwa katika Kituo cha Kitaifa cha Uswizi cha Supercomputing (). Iliboreshwa hivi karibuni - vichapuzi vya Nvidia Tesla K20X vilibadilishwa na mpya, Tesla P100, ambayo ilifanya iwezekane kuongeza nguvu ya kompyuta kutoka 2017 hadi 9,8 PFLOPS katika msimu wa joto wa 19,6.

4. Gyokou ni kompyuta kuu iliyotengenezwa na ExaScaler na PEZY Computing. Ziko katika Shirika la Japan la Sayansi na Teknolojia ya Bahari (JAMSTEC) la Taasisi ya Jiosayansi ya Yokohama; kwenye sakafu sawa na simulator ya Dunia. Nguvu: 19,14 PFLOPs.

5. Titanium ni kompyuta kuu ya 17,59 PFLOPS iliyotengenezwa na Cray Inc. na kuzinduliwa mnamo Oktoba 2012 katika Maabara ya Kitaifa ya Oak Ridge nchini Marekani. Kuanzia Novemba 2012 hadi Juni 2013, Titan ilikuwa kompyuta kuu yenye kasi zaidi duniani. Kwa sasa iko katika nafasi ya tano, lakini bado ndiyo kompyuta kuu yenye kasi zaidi nchini Marekani.

Pia wanashindana kwa ukuu katika quantum

IBM inaamini kwamba katika miaka mitano ijayo, sio kompyuta kubwa kulingana na chips za jadi za silicon, lakini zitaanza utangazaji. Sekta hiyo ndiyo inaanza kuelewa jinsi kompyuta za quantum zinaweza kutumika, kulingana na watafiti wa kampuni hiyo. Wahandisi wanatarajiwa kugundua matumizi makubwa ya kwanza ya mashine hizi katika miaka mitano pekee.

Kompyuta za Quantum hutumia kitengo cha kompyuta kinachoitwa kubitem. Halvledare wa kawaida huwakilisha taarifa katika mfumo wa mfuatano wa 1 na 0, huku qubits zinaonyesha sifa za quantum na zinaweza kufanya hesabu kwa wakati mmoja kama 1 na 0. Hii ina maana kwamba qubits mbili zinaweza kuwakilisha kwa wakati mmoja mfuatano wa 1-0, 1-1, 0-1. . ., 0-0. Nguvu ya kompyuta hukua kwa kasi kubwa kwa kila qubit, kwa hivyo kinadharia kompyuta ya quantum yenye qubits 50 inaweza kuwa na nguvu zaidi ya usindikaji kuliko kompyuta kuu zenye nguvu zaidi duniani.

D-Wave Systems tayari inauza kompyuta ya quantum, ambayo inasemekana kuwa 2. qubits. Hata hivyo nakala za D-Wave(5) zinaweza kujadiliwa. Ingawa watafiti wengine wamezitumia vizuri, bado hawajafanya vizuri kuliko kompyuta za kawaida na zinafaa tu kwa aina fulani za shida za uboreshaji.

5. Kompyuta za quantum za D-Wave

Miezi michache iliyopita, Google Quantum AI Lab ilionyesha kichakataji kipya cha qubit 72 kiitwacho. mbegu za bristle (6). Hivi karibuni inaweza kufikia "ukuu wa quantum" kwa kupita kompyuta kuu ya zamani, angalau linapokuja suala la kutatua shida kadhaa. Wakati kichakataji cha quantum kinaonyesha kiwango cha chini cha makosa katika utendakazi, kinaweza kuwa bora zaidi kuliko kompyuta kuu ya kawaida iliyo na kazi iliyofafanuliwa vizuri ya IT.

6. Bristlecone 72 qubit quantum processor

Ifuatayo katika mstari ilikuwa processor ya Google, kwa sababu Januari, kwa mfano, Intel ilitangaza mfumo wake wa 49-qubit quantum, na mapema IBM ilianzisha toleo la 50-qubit. Intel chip, Muda mrefu, ni ubunifu kwa njia zingine pia. Ni mzunguko wa kwanza wa "neuromorphic" jumuishi iliyoundwa kuiga jinsi ubongo wa binadamu hujifunza na kuelewa. "Inafanya kazi kikamilifu" na itapatikana kwa washirika wa utafiti baadaye mwaka huu.

Hata hivyo, hii ni mwanzo tu, kwa sababu ili uweze kukabiliana na monsters ya silicon, unahitaji z mamilioni ya pesa. Kundi la wanasayansi katika Chuo Kikuu cha Ufundi cha Uholanzi huko Delft wanatumai kwamba njia ya kufikia kiwango kama hicho ni kutumia silicon katika kompyuta za quantum, kwa sababu washiriki wao wamepata suluhisho jinsi ya kutumia silicon kuunda kichakataji cha quantum kinachoweza kupangwa.

Katika utafiti wao, uliochapishwa katika jarida la Nature, timu ya Uholanzi ilidhibiti mzunguko wa elektroni moja kwa kutumia nishati ya microwave. Katika silicon, elektroni ingezunguka juu na chini kwa wakati mmoja, ikishikilia kwa ufanisi. Mara tu hilo lilipopatikana, timu iliunganisha elektroni mbili pamoja na kuzipanga ili kuendesha algorithms ya quantum.

Iliwezekana kuunda kwa misingi ya silicon processor ya quantum mbili-bit.

Dk Tom Watson, mmoja wa waandishi wa utafiti huo, alielezea BBC. Ikiwa Watson na timu yake wataweza kuunganisha elektroni zaidi, inaweza kusababisha uasi. wasindikaji wa qubithii itatuletea hatua moja karibu na kompyuta za quantum za siku zijazo.

- Yeyote anayeunda kompyuta ya quantum inayofanya kazi kikamilifu atatawala ulimwengu Manas Mukherjee wa Chuo Kikuu cha Kitaifa cha Singapore na mpelelezi mkuu katika Kituo cha Kitaifa cha Teknolojia ya Quantum alisema hivi majuzi kwenye mahojiano. Mbio kati ya kampuni kubwa za teknolojia na maabara za utafiti kwa sasa zinalenga kinachojulikana ukuu wa quantum, hatua ambayo kompyuta ya quantum inaweza kufanya mahesabu zaidi ya chochote ambacho kompyuta za kisasa za kisasa zinaweza kutoa.

Mifano ya hapo juu ya mafanikio ya Google, IBM na Intel inaonyesha kuwa makampuni kutoka Marekani (na hivyo serikali) yanatawala katika eneo hili. Hata hivyo, Alibaba Cloud ya Uchina hivi majuzi ilitoa jukwaa la kompyuta la kichakataji la qubit 11 ambalo huruhusu wanasayansi kujaribu algoriti mpya za quantum. Hii ina maana kwamba China katika uwanja wa vitalu vya kompyuta vya quantum pia haifunika peari na majivu.

Hata hivyo, jitihada za kuunda kompyuta za juu za quantum sio tu shauku juu ya uwezekano mpya, lakini pia husababisha utata.

Miezi michache iliyopita, wakati wa Mkutano wa Kimataifa wa Teknolojia ya Quantum huko Moscow, Alexander Lvovsky (7) kutoka Kituo cha Kirusi cha Quantum, ambaye pia ni profesa wa fizikia katika Chuo Kikuu cha Calgary nchini Kanada, alisema kuwa kompyuta za quantum. chombo cha uharibifubila kuunda.

7. Profesa Alexander Lvovsky

Alimaanisha nini? Kwanza kabisa, usalama wa kidijitali. Kwa sasa, taarifa zote nyeti za kidijitali zinazotumwa kwenye Mtandao zimesimbwa kwa njia fiche ili kulinda faragha ya wahusika. Tayari tumeona hali ambapo wavamizi wanaweza kuingilia data hii kwa kuvunja usimbaji fiche.

Kulingana na Lvov, kuonekana kwa kompyuta ya quantum itafanya iwe rahisi kwa wahalifu wa mtandao. Hakuna zana ya usimbaji fiche inayojulikana leo inaweza kujilinda kutokana na uwezo wa kuchakata wa kompyuta halisi ya quantum.

Rekodi za matibabu, habari za kifedha, na hata siri za serikali na mashirika ya kijeshi zingepatikana kwenye sufuria, ambayo itamaanisha, kama Lvovsky anavyosema, kwamba teknolojia mpya inaweza kutishia mpangilio wa ulimwengu wote. Wataalamu wengine wanaamini kuwa hofu ya Warusi haina msingi, tangu kuundwa kwa kompyuta kubwa ya quantum pia itaruhusu. anzisha kriptografia ya quantum, inachukuliwa kuwa haiwezi kuharibika.

Mbinu nyingine

Mbali na teknolojia za jadi za kompyuta na maendeleo ya mifumo ya quantum, vituo mbalimbali vinafanya kazi kwa njia nyingine za kujenga kompyuta kubwa za siku zijazo.

Wakala wa Marekani wa DARPA hufadhili vituo sita vya suluhu mbadala za usanifu wa kompyuta. Usanifu unaotumiwa katika mashine za kisasa huitwa kawaida usanifu wa von NeumannLoo, tayari ana umri wa miaka sabini. Usaidizi wa shirika la ulinzi kwa watafiti wa vyuo vikuu unalenga kukuza mbinu bora zaidi ya kushughulikia idadi kubwa ya data kuliko hapo awali.

Kuweka akiba na kompyuta sambamba Hii hapa ni baadhi ya mifano ya mbinu mpya ambazo timu hizi zinafanyia kazi. Mwingine ADA (), ambayo hurahisisha kuendeleza programu kwa kubadilisha CPU na vipengele vya kumbukumbu na moduli kwenye mkusanyiko mmoja, badala ya kushughulika na masuala ya uunganisho wao kwenye ubao wa mama.

Mwaka jana, timu ya watafiti kutoka Uingereza na Urusi ilionyesha kwa mafanikio aina hiyo "Vumbi la uchawi"ambazo zinatungwa mwanga na jambo - hatimaye bora katika "utendaji" hata kompyuta kuu zenye nguvu zaidi.

Wanasayansi kutoka vyuo vikuu vya Uingereza vya Cambridge, Southampton na Cardiff na Taasisi ya Urusi ya Skolkovo wametumia chembechembe za quantum zinazojulikana kama polaritoniambayo inaweza kufafanuliwa kama kitu kati ya mwanga na maada. Hii ni mbinu mpya kabisa ya kompyuta ya kompyuta. Kulingana na wanasayansi, inaweza kuunda msingi wa aina mpya ya kompyuta yenye uwezo wa kutatua maswali ambayo hayawezi kusuluhishwa - katika nyanja mbalimbali, kama vile biolojia, fedha na usafiri wa anga. Matokeo ya utafiti yanachapishwa katika jarida la Nature Materials.

Kumbuka kwamba kompyuta kuu za kisasa zinaweza kushughulikia sehemu ndogo tu ya shida. Hata kompyuta ya dhahania ya quantum, ikiwa imejengwa hatimaye, itatoa kasi ya quadratic kwa kutatua matatizo magumu zaidi. Wakati huo huo, polaritoni zinazounda "vumbi la hadithi" huundwa kwa kuwezesha tabaka za gallium, arseniki, indium, na atomi za alumini na mihimili ya laser.

Elektroni katika tabaka hizi huchukua na kutoa mwanga wa rangi maalum. Polaritoni ni nyepesi mara elfu kumi kuliko elektroni na inaweza kufikia msongamano wa kutosha kutoa hali mpya ya maada inayojulikana kama Bose-Einstein condensate (nane). Awamu za quantum za polaritons ndani yake zinapatanishwa na kuunda kitu kimoja cha macroscopic quantum, ambacho kinaweza kugunduliwa na vipimo vya photoluminescence.

8. Plot inayoonyesha condensate ya Bose-Einstein

Inabadilika kuwa katika hali hii, condensate ya polariton inaweza kutatua tatizo la utoshelezaji tulilotaja wakati wa kuelezea kompyuta za quantum kwa ufanisi zaidi kuliko wasindikaji wa msingi wa qubit. Waandishi wa tafiti za Uingereza-Kirusi wameonyesha kuwa polaritoni zinapobana, awamu zao za quantum hupangwa katika usanidi unaolingana na kiwango cha chini kabisa cha kazi ngumu.

"Tuko mwanzoni mwa kuchunguza uwezo wa viwanja vya polariton kutatua matatizo magumu," anaandika mwandishi mwenza wa Nature Materials Prof. Pavlos Lagoudakis, Mkuu wa Maabara ya Picha Mseto katika Chuo Kikuu cha Southampton. "Kwa sasa tunaongeza kifaa chetu hadi mamia ya nodi huku tukijaribu nguvu ya usindikaji."

Katika majaribio haya kutoka kwa ulimwengu wa awamu za hila za quantum ya mwanga na suala, hata wasindikaji wa quantum wanaonekana kuwa kitu kisichoeleweka na kilichounganishwa kwa uthabiti na ukweli. Kama unavyoona, wanasayansi hawafanyi kazi tu kwenye kompyuta kubwa za kesho na mashine za kesho, lakini tayari wanapanga kitakachotokea kesho kutwa.

Katika hatua hii kufikia kiwango cha juu itakuwa changamoto kabisa, basi utafikiria kuhusu hatua muhimu zinazofuata kwenye mizani ya kuruka (9). Kama unavyoweza kukisia, kuongeza tu wasindikaji na kumbukumbu kwa hiyo haitoshi. Iwapo wanasayansi wataaminika, kupata uwezo mkubwa kama huo wa kompyuta kutaturuhusu kutatua matatizo makubwa tunayojua, kama vile kuchambua saratani au kuchanganua data ya unajimu.

9. Wakati ujao wa supercomputing

Linganisha swali na jibu

Nini hapo?

Kweli, katika kesi ya kompyuta za quantum, maswali yanatokea juu ya kile kinachopaswa kutumiwa. Kulingana na msemo wa zamani, kompyuta hutatua shida ambazo hazingekuwepo bila wao. Kwa hivyo labda tunapaswa kujenga hizi supermachines za baadaye kwanza. Kisha matatizo yatatokea yenyewe.

Ni katika maeneo gani kompyuta za quantum zinaweza kuwa muhimu?

Akili ya bandia. AI () hufanya kazi kwa kanuni ya kujifunza kupitia uzoefu, ambayo inakuwa sahihi zaidi na zaidi maoni yanapopokelewa na hadi programu ya kompyuta inakuwa "smart". Maoni yanategemea mahesabu ya uwezekano wa idadi ya chaguzi zinazowezekana. Tayari tunajua kwamba Lockheed Martin, kwa mfano, inapanga kutumia kompyuta yake ya kiasi cha D-Wave ili kujaribu programu ya otomatiki ambayo kwa sasa ni ngumu sana kwa kompyuta za kitambo, na Google inatumia kompyuta ya kiwango kikubwa kutengeneza programu inayoweza kutofautisha magari na alama muhimu. .

Mfano wa molekuli. Shukrani kwa kompyuta za quantum, itawezekana kuiga kwa usahihi mwingiliano wa Masi, kutafuta usanidi bora wa athari za kemikali. Kemia ya Quantum ni ngumu sana hivi kwamba kompyuta za kisasa za dijiti zinaweza kuchambua molekuli rahisi zaidi. Miitikio ya kemikali ni kiasi asilia kwa sababu huunda majimbo ya quantum yaliyonaswa sana ambayo yanapishana, kwa hivyo kompyuta za quantum zilizotengenezwa kikamilifu zinaweza kutathmini kwa urahisi hata michakato ngumu zaidi. Google tayari ina maendeleo katika eneo hili - wameunda molekuli ya hidrojeni. Matokeo yake yatakuwa bidhaa zenye ufanisi zaidi, kutoka kwa paneli za jua hadi dawa.

Crystalgraphy. Mifumo ya usalama leo inategemea kizazi cha msingi cha ufanisi. Hili linaweza kupatikana kwa kutumia kompyuta za kidijitali kwa kuangalia kila jambo linalowezekana, lakini muda mwingi unaohitajika kufanya hivyo hufanya "kuvunja msimbo" kuwa ghali na kutowezekana. Wakati huo huo, kompyuta za quantum zinaweza kufanya hivi kwa kasi, kwa ufanisi zaidi kuliko mashine za dijiti, ikimaanisha kuwa mbinu za usalama za kisasa zitaacha kutumika hivi karibuni. Pia kuna njia za kuahidi za usimbaji fiche wa quantum ambazo zinatengenezwa ili kuchukua fursa ya asili ya unidirectional ya msongamano wa quantum. Mitandao ya jiji zima tayari imeonyeshwa katika nchi kadhaa, na wanasayansi wa China hivi karibuni walitangaza kwamba wanafanikiwa kutuma fotoni zilizonaswa kutoka kwa satelaiti ya "quantum" inayozunguka hadi vituo vitatu tofauti vya msingi kurudi Duniani.

Mfano wa kifedha. Masoko ya kisasa ni kati ya mifumo ngumu zaidi iliyopo. Ingawa vifaa vya kisayansi na hisabati kwa maelezo na udhibiti wao vimetengenezwa, ufanisi wa shughuli hizo bado hautoshi kwa kiasi kikubwa kutokana na tofauti ya kimsingi kati ya taaluma za kisayansi: hakuna mazingira yaliyodhibitiwa ambayo majaribio yanaweza kufanywa. Ili kutatua tatizo hili, wawekezaji na wachambuzi wamegeuka kwenye kompyuta ya quantum. Faida moja ya haraka ni kwamba nasibu iliyo katika kompyuta za kiasi inalingana na hali ya soko la kifedha isiyobadilika. Wawekezaji mara nyingi wanataka kutathmini usambazaji wa matokeo katika idadi kubwa sana ya matukio yanayotokana na nasibu.

Utabiri wa hali ya hewa. Mchumi Mkuu wa NOAA Rodney F. Weiher anadai kuwa karibu 30% ya Pato la Taifa la Marekani ($6 trilioni) inategemea moja kwa moja au isivyo moja kwa moja hali ya hewa. kwa uzalishaji wa chakula, usafirishaji na rejareja. Kwa hivyo, uwezo wa kutabiri vyema aura ungekuwa muhimu sana katika maeneo mengi, bila kutaja muda mrefu zaidi uliowekwa kwa ajili ya ulinzi wa maafa ya asili. Idara ya kitaifa ya hali ya hewa ya Uingereza, Ofisi ya Met, tayari imeanza kuwekeza katika ubunifu kama huo ili kukidhi mahitaji ya nguvu na hatari ambayo italazimika kushughulikia kuanzia 2020 na kuendelea, na imechapisha ripoti juu ya mahitaji yake ya hali ya juu ya kompyuta.

Fizikia ya Chembe. Miundo ya fizikia ya chembe madhubuti mara nyingi huwa changamano sana, suluhu tata ambazo zinahitaji muda mwingi wa kimahesabu kwa uigaji wa nambari. Hii inawafanya kuwa bora kwa kompyuta ya quantum, na wanasayansi tayari wamejitolea kwa hili. Watafiti katika Chuo Kikuu cha Innsbruck na Taasisi ya Quantum Optics na Quantum Information (IQOQI) hivi majuzi walitumia mfumo wa quantum unaoweza kupangwa kutekeleza uigaji huu. Kulingana na uchapishaji katika Nature, kikundi kilitumia toleo rahisi la kompyuta ya quantum ambayo ioni zilifanya shughuli za kimantiki, hatua za msingi za hesabu yoyote ya kompyuta. Simulation ilionyesha makubaliano kamili na majaribio halisi ya fizikia iliyoelezwa. anasema mwanafizikia wa nadharia Peter Zoller. -