Buvusio horizontas - ir už jo ribų ...

Viena vertus, jie turėtų padėti mums nugalėti vėžį, tiksliai numatyti orą ir įvaldyti branduolių sintezę. Kita vertus, baiminamasi, kad jie sukels visuotinį sunaikinimą arba pavergs žmoniją. Tačiau šiuo metu skaičiavimo monstrai vis dar negali daryti didelio gėrio ir visuotinio blogio vienu metu.

60-aisiais galingiausi kompiuteriai turėjo galią megaflops (milijonai slankiojo kablelio operacijų per sekundę). Pirmasis kompiuteris su apdorojimo galia virš 1 GFLOPS (gigaflops) buvo Cray 21985 m. sukūrė Cray Research. Pirmasis modelis su apdorojimo galia virš 1 TFLOPS (teraflops) buvo ASCI raudona„Intel“ sukūrė 1997 m. Pasiekta galia 1 PFLOPS (petaflops). ROADRUNNERIBM išleido 2008 m.

Dabartinis skaičiavimo galios rekordas priklauso Kinijos Sunway TaihuLight ir yra 9 PFLOPS.

Nors, kaip matote, galingiausios mašinos dar nepasiekė šimtų petaflopų, vis daugiau ir daugiau exascale sistemoskurioje turi būti atsižvelgta į galią exaflopsach (EFLOPS), t.y. apie daugiau nei 1018 operacijų per sekundę. Tačiau tokie dizainai vis dar yra tik įvairaus sudėtingumo projektų stadijoje.

SUMAŽINIMAS (, slankiojo kablelio operacijos per sekundę) yra skaičiavimo galios vienetas, daugiausia naudojamas moksliniams tikslams. Jis yra universalesnis nei anksčiau naudotas MIPS blokas, o tai reiškia procesoriaus komandų skaičių per sekundę. Flopas nėra SI, bet jis gali būti interpretuojamas kaip 1/s vienetas.

Jums reikia vėžio egzaminų skalės

Exaflops arba tūkstantis petaflopų yra daugiau nei visi XNUMX geriausių superkompiuterių kartu paėmus. Mokslininkai tikisi, kad naujos kartos tokios galios mašinos atneš proveržių įvairiose srityse.

Pavyzdžiui, pagaliau turėtų padėti didelės apimties skaičiavimo galia kartu su sparčiai tobulėjančiomis mašininio mokymosi technologijomis nulaužti vėžio kodą. Duomenų kiekis, kurį gydytojai turi turėti, kad galėtų diagnozuoti ir gydyti vėžį, yra toks didžiulis, kad įprastiems kompiuteriams sunku susidoroti su šia užduotimi. Įprasto vieno naviko biopsijos tyrimo metu atliekama daugiau nei 8 milijonai matavimų, kurių metu gydytojai analizuoja auglio elgseną, atsaką į farmakologinį gydymą, poveikį paciento organizmui. Tai tikras duomenų vandenynas.

sakė Rickas Stevensas iš JAV Energetikos departamento (DOE) Argonne laboratorijos. -

Derindami medicininius tyrimus su skaičiavimo galia, mokslininkai siekia CANDLE neuroninių tinklų sistema (). Tai leidžia numatyti ir parengti gydymo planą, pritaikytą kiekvieno paciento individualiems poreikiams. Tai padės mokslininkams suprasti pagrindinių baltymų sąveikos molekulinį pagrindą, sukurti nuspėjamus vaistų atsako modelius ir pasiūlyti optimalias gydymo strategijas. Argonne mano, kad exascale sistemos galės paleisti CANDLE programą 50–100 kartų greičiau nei galingiausios šiandien žinomos supermašinos.

Todėl nekantriai laukiame, kol pasirodys exascale superkompiuteriai. Tačiau pirmosios versijos nebūtinai pasirodys JAV. Žinoma, JAV lenktyniauja juos sukurti, o vietos valdžia – projekte, vadinamame Aurora bendradarbiauja su AMD, IBM, Intel ir Nvidia, siekdama aplenkti užsienio konkurentus. Tačiau manoma, kad tai neįvyks anksčiau nei 2021 m. Tuo tarpu 2017 m. sausio mėn. Kinijos ekspertai paskelbė apie egzaskalės prototipo sukūrimą. Visiškai veikiantis tokio tipo skaičiavimo vieneto modelis yra − tianhe-3 - tačiau mažai tikėtina, kad jis bus paruoštas per ateinančius kelerius metus.

Kinai laikosi tvirtai

Faktas yra tas, kad nuo 2013 m. Kinijos plėtra yra galingiausių pasaulio kompiuterių sąrašo viršuje. Jis dominavo daugelį metų tianhe-2o dabar delnas priklauso minėtiems Sunway TaihuLight. Manoma, kad šios dvi galingiausios Vidurio Karalystės mašinos yra daug galingesnės už visus dvidešimt vieną JAV Energetikos departamento superkompiuterį.

Žinoma, amerikiečių mokslininkai nori susigrąžinti lyderio pozicijas, kurias jie užėmė prieš penkerius metus, ir kuria sistemą, kuri leistų jiems tai padaryti. Jis statomas Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje Tenesyje. Viršūnių susitikimas (2), superkompiuteris, kurį planuojama pradėti eksploatuoti vėliau šiais metais. Jis pranoksta Sunway TaihuLight galią. Jis bus naudojamas bandant ir kuriant naujas medžiagas, kurios yra stipresnės ir lengvesnės, imituojant Žemės vidų naudojant akustines bangas ir remiant astrofizikos projektus, tiriančius visatos kilmę.

2. Summit superkompiuterio erdvinis planas

Minėtoje Argonne nacionalinėje laboratorijoje mokslininkai netrukus planuoja sukurti dar greitesnį įrenginį. Žinomas kaip A21Numatoma, kad našumas sieks 200 petaflopų.

Japonija taip pat dalyvauja superkompiuterių lenktynėse. Nors pastaruoju metu ją šiek tiek užgožė JAV ir Kinijos konkurencija, būtent ši šalis planuoja pradėti ABC sistema (), siūlanti 130 petaflopų galios. Japonai tikisi, kad tokį superkompiuterį bus galima panaudoti AI (dirbtiniam intelektui) arba giluminiam mokymuisi vystyti.

Tuo tarpu Europos Parlamentas ką tik nusprendė sukurti ES milijardo eurų vertės superkompiuterį. Šis skaičiavimo monstras pradės savo darbą mūsų žemyno tyrimų centruose 2022 ir 2023 metų sandūroje. Mašina bus pastatyta viduje EuroGPK projektaso jo statybą finansuos valstybės narės – taigi šiame projekte dalyvaus ir Lenkija. Jo numatoma galia paprastai vadinama „pre-exascale“.

Kol kas, remiantis 2017 metų reitingu, iš penkių šimtų greičiausių pasaulio superkompiuterių Kinija turi 202 tokias mašinas (40 proc.), o Amerika – 144 (29 proc.).

Kinija taip pat naudoja 35 % pasaulio skaičiavimo galios, palyginti su 30 % JAV. Kitos šalys, turinčios daugiausiai superkompiuterių sąraše, yra Japonija (35 sistemos), Vokietija (20), Prancūzija (18) ir JK (15). Verta paminėti, kad, nepaisant kilmės šalies, visi penki šimtai galingiausių superkompiuterių naudoja skirtingas Linux versijas ...

Jie patys kuria

Superkompiuteriai jau yra vertinga priemonė, padedanti palaikyti mokslo ir technologijų pramonę. Jie leidžia tyrėjams ir inžinieriams daryti nuolatinę pažangą (o kartais net didžiulius šuolius į priekį) tokiose srityse kaip biologija, orų ir klimato prognozės, astrofizika ir branduoliniai ginklai.

Likusi dalis priklauso nuo jų galios. Per ateinančius dešimtmečius superkompiuterių naudojimas gali gerokai pakeisti ekonominę, karinę ir geopolitinę padėtį šalyse, kurios turi prieigą prie tokio tipo pažangiausios infrastruktūros.

Pažanga šioje srityje tokia sparti, kad naujos kartos mikroprocesorių projektavimas jau tapo per sunkus net daugeliui žmogiškųjų išteklių. Dėl šios priežasties pažangi kompiuterių programinė įranga ir superkompiuteriai vis dažniau atlieka pagrindinį vaidmenį kuriant kompiuterius, įskaitant tuos, kurių priešdėlis „super“.

3. Japoniškas superkompiuteris

Netrukus farmacijos įmonės galės visapusiškai veikti dėl kompiuterių supergalių apdoroti daugybę žmogaus genomų, gyvūnai ir augalai, kurie padės sukurti naujus vaistus ir gydymo būdus nuo įvairių ligų.

Dar viena priežastis (iš tikrųjų viena iš pagrindinių), kodėl vyriausybės tiek daug investuoja į superkompiuterių kūrimą. Efektyvesnės transporto priemonės padės būsimiems kariniams vadovams parengti aiškias kovos strategijas bet kokioje kovinėje situacijoje, leis sukurti efektyvesnes ginklų sistemas, taip pat padės teisėsaugos ir žvalgybos agentūroms iš anksto nustatyti galimas grėsmes.

Nepakanka galios smegenų modeliavimui

Nauji superkompiuteriai turėtų padėti iššifruoti mums jau seniai žinomą natūralų superkompiuterį – žmogaus smegenis.

Tarptautinė mokslininkų komanda neseniai sukūrė algoritmą, kuris yra svarbus naujas žingsnis modeliuojant smegenų nervinius ryšius. Nauja NE-algoritmas, aprašytas atviros prieigos dokumente, paskelbtame Frontiers in Neuroinformatics, tikimasi, kad superkompiuteriuose imituos 100 milijardų tarpusavyje susijusių neuronų žmogaus smegenyse. Darbe dalyvavo mokslininkai iš Vokietijos tyrimų centro Jülich, Norvegijos gyvybės mokslų universiteto, Acheno universiteto, Japonijos RIKEN instituto ir KTH Karališkojo technologijos instituto Stokholme.

Nuo 2014 m. Vokietijos Jülich superkompiuterių centre esančiuose superkompiuteriuose RIKEN ir JUQUEEN vykdomi didelio masto neuronų tinklų modeliavimai, imituojantys maždaug 1 % žmogaus smegenų neuronų jungtis. Kodėl tik tiek daug? Ar superkompiuteriai gali imituoti visas smegenis?

Susanne Kunkel iš Švedijos įmonės KTH aiškina.

Simuliacijos metu neurono veikimo potencialas (trumpieji elektriniai impulsai) turi būti siunčiamas maždaug visiems 100 XNUMX žmonių. maži kompiuteriai, vadinami mazgais, kurių kiekvienas turi daugybę procesorių, kurie atlieka tikrus skaičiavimus. Kiekvienas mazgas tikrina, kurie iš šių impulsų yra susiję su šiame mazge esančiais virtualiais neuronais.

4. Neuronų smegenų jungčių modeliavimas, t.y. mes tik kelionės pradžioje (1%)

Akivaizdu, kad kompiuterio atminties kiekis, reikalingas procesoriams šiems papildomiems bitams vienam neuronui, didėja didėjant neuronų tinklo dydžiui. Norint peržengti 1% visų žmogaus smegenų modeliavimą (4), reikėtų XNUMX kartų daugiau atminties nei šiandien yra visuose superkompiuteriuose. Todėl apie visų smegenų modeliavimo gavimą būtų galima kalbėti tik būsimų egzaskalės superkompiuterių kontekste. Čia turėtų veikti naujos kartos NEST algoritmas.

TOP-5 pasaulio superkompiuteriai

1. Sunway TaihuLight – 93 PFLOPS superkompiuteris, paleistas 2016 m. Wuxi mieste, Kinijoje. Nuo 2016 m. birželio mėn. jis pirmauja TOP500 superkompiuterių, turinčių didžiausią skaičiavimo galią pasaulyje, sąrašo viršuje.

2. Tianhe-2 (Paukščių Takas-2) yra superkompiuteris, kurio skaičiavimo galia yra 33,86 PFLOPS, kurį sukūrė NUDT () Kinijoje. Nuo 2013 m. birželio mėn

iki 2016 metų birželio mėnesio buvo greičiausias superkompiuteris pasaulyje.

3. Piz Daint - Cray sukurtas dizainas, įdiegtas Šveicarijos nacionaliniame superkompiuterių centre (). Jis neseniai buvo atnaujintas – „Nvidia Tesla K20X“ greitintuvai buvo pakeisti naujais „Tesla P100“, kurie 2017 metų vasarą leido padidinti skaičiavimo galią nuo 9,8 iki 19,6 PFLOPS.

4. Gyokou yra superkompiuteris, sukurtas ExaScaler ir PEZY Computing. Įsikūręs Japonijos jūrų mokslo ir technologijų agentūroje (JAMSTEC), Jokohamos geomokslų institute; tame pačiame aukšte kaip ir Žemės simuliatorius. Galia: 19,14 PFLOPs.

5. Titanas yra 17,59 PFLOPS superkompiuteris, pagamintas Cray Inc. ir pradėtas naudoti 2012 m. spalį Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje JAV. Nuo 2012 m. lapkričio mėn. iki 2013 m. birželio mėn. Titanas buvo greičiausias superkompiuteris pasaulyje. Šiuo metu jis yra penktoje vietoje, bet vis tiek yra greičiausias superkompiuteris JAV.

Jie taip pat konkuruoja dėl kvantinės viršenybės

IBM mano, kad per ateinančius penkerius metus bus pradėti transliuoti ne superkompiuteriai, pagrįsti tradiciniais silicio lustais. Pasak bendrovės tyrėjų, pramonė tik pradeda suprasti, kaip gali būti naudojami kvantiniai kompiuteriai. Tikimasi, kad tik po penkerių metų inžinieriai atras pirmąsias pagrindines šių mašinų pritaikymo galimybes.

Kvantiniai kompiuteriai naudoja skaičiavimo vienetą, vadinamą uolektį. Įprasti puslaidininkiai vaizduoja informaciją sekų 1 ir 0 pavidalu, o kubitai turi kvantines savybes ir vienu metu gali atlikti skaičiavimus kaip 1 ir 0. Tai reiškia, kad du kubitai vienu metu gali reikšti 1-0, 1-1, 0-1 sekas. . ., 0-0. Skaičiavimo galia auga eksponentiškai su kiekvienu kubitu, todėl teoriškai kvantinis kompiuteris, turintis tik 50 kubitų, gali turėti didesnę apdorojimo galią nei galingiausi pasaulyje superkompiuteriai.

„D-Wave Systems“ jau parduoda kvantinį kompiuterį, kurio, kaip teigiama, yra 2. kubitai. Tačiau D-Wav kopijose(5) yra diskutuotini. Nors kai kurie tyrinėtojai juos panaudojo tinkamai, jie vis tiek nepralenkė klasikinių kompiuterių ir yra naudingi tik tam tikroms optimizavimo problemų klasėms.

5. D bangos kvantiniai kompiuteriai

Prieš kelis mėnesius „Google Quantum AI Lab“ pristatė naują 72 kubitų kvantinį procesorių, vadinamą šerių kūgiai (6). Netrukus jis gali pasiekti „kvantinę viršenybę“, pralenkdamas klasikinį superkompiuterį, bent jau sprendžiant kai kurias problemas. Kai kvantinis procesorius veikia pakankamai mažu klaidų lygiu, jis gali būti efektyvesnis nei klasikinis superkompiuteris su tiksliai apibrėžta IT užduotimi.

6. Bristlecone 72 kubitų kvantinis procesorius

Kitas eilėje buvo „Google“ procesorius, nes, pavyzdžiui, sausį „Intel“ paskelbė apie savo 49 kubitų kvantinę sistemą, o anksčiau IBM pristatė 50 kubitų versiją. Intel lustas, Loihi, tai naujoviška ir kitais atžvilgiais. Tai pirmasis „neuromorfinis“ integrinis grandynas, sukurtas imituoti, kaip žmogaus smegenys mokosi ir supranta. Jis yra „visiškai veikiantis“ ir bus prieinamas tyrimų partneriams vėliau šiais metais.

Tačiau tai tik pradžia, nes norint susidoroti su silicio monstrais, reikia z milijonai kubitų. Grupė mokslininkų iš Nyderlandų technikos universiteto Delfte tikisi, kad būdas pasiekti tokį mastą yra naudoti silicį kvantiniuose kompiuteriuose, nes jų nariai rado sprendimą, kaip naudojant silicį sukurti programuojamą kvantinį procesorių.

Savo tyrime, paskelbtame žurnale Nature, olandų komanda kontroliavo vieno elektrono sukimąsi naudodama mikrobangų energiją. Silicyje elektronas suktųsi aukštyn ir žemyn tuo pačiu metu, efektyviai laikydamas jį vietoje. Kai tai buvo pasiekta, komanda sujungė du elektronus ir užprogramavo juos vykdyti kvantinius algoritmus.

Buvo galima sukurti silicio pagrindu dviejų bitų kvantinis procesorius.

Tomas Watsonas, vienas iš tyrimo autorių, paaiškino BBC. Jei Watsonui ir jo komandai pavyks sulieti dar daugiau elektronų, tai gali sukelti maištą. qubit procesoriaitai priartins mus vienu žingsniu prie ateities kvantinių kompiuterių.

- Kas sukurs visiškai funkcionuojantį kvantinį kompiuterį, valdys pasaulį Manas Mukherjee iš Singapūro nacionalinio universiteto ir Nacionalinio kvantinės technologijos centro pagrindinis tyrėjas neseniai sakė viename interviu. Lenktynės tarp didžiausių technologijų įmonių ir tyrimų laboratorijų šiuo metu yra nukreiptos į vadinamąsias kvantinė viršenybė, taškas, kuriame kvantinis kompiuteris gali atlikti skaičiavimus, viršijančius viską, ką gali pasiūlyti pažangiausi šiuolaikiniai kompiuteriai.

Aukščiau pateikti Google, IBM ir Intel pasiekimų pavyzdžiai rodo, kad šioje srityje dominuoja JAV (taigi ir valstybės) įmonės. Tačiau Kinijos „Alibaba Cloud“ neseniai pristatė 11 kubitų debesų kompiuterijos platformą, leidžiančią mokslininkams išbandyti naujus kvantinius algoritmus. Tai reiškia, kad Kinija kvantinio skaičiavimo blokų srityje taip pat neuždengia kriaušių pelenais.

Tačiau pastangos sukurti kvantinius superkompiuterius ne tik entuziastingai žiūri į naujas galimybes, bet ir sukelia ginčus.

Prieš kelis mėnesius Maskvoje vykusioje tarptautinėje kvantinių technologijų konferencijoje Aleksandras Lvovskis (7) iš Rusijos kvantinio centro, kuris taip pat yra fizikos profesorius Kalgario universitete Kanadoje, sakė, kad kvantiniai kompiuteriai naikinimo įrankisnekuriant.

7. Profesorius Aleksandras Lvovskis

Ką jis turėjo omenyje? Visų pirma, skaitmeninis saugumas. Šiuo metu visa slapta skaitmeninė informacija, perduodama internetu, yra užšifruota siekiant apsaugoti suinteresuotų šalių privatumą. Jau matėme atvejų, kai įsilaužėliai galėjo perimti šiuos duomenis, sulaužydami šifravimą.

Pasak Lvovo, kvantinio kompiuterio atsiradimas tik palengvins kibernetiniams nusikaltėliams. Joks šiandien žinomas šifravimo įrankis negali apsisaugoti nuo tikro kvantinio kompiuterio apdorojimo galios.

Medicininiai įrašai, finansinė informacija ir net vyriausybių bei karinių organizacijų paslaptys būtų prieinamos keptuvėje, o tai reikštų, kaip pažymi Lvovskis, kad naujos technologijos gali kelti grėsmę visai pasaulio tvarkai. Kiti ekspertai mano, kad rusų baimės yra nepagrįstos, nes tikro kvantinio superkompiuterio sukūrimas taip pat leis pradėti kvantinę kriptografiją, laikomas nesunaikinamu.

Kitas požiūris

Be tradicinių kompiuterinių technologijų ir kvantinių sistemų kūrimo, įvairūs centrai kuria ir kitus ateities superkompiuterių kūrimo būdus.

Amerikos agentūra DARPA finansuoja šešis alternatyvių kompiuterių dizaino sprendimų centrus. Šiuolaikinėse mašinose naudojama architektūra sutartinai vadinama architektūra von NeumannO, jam jau septyniasdešimt metų. Gynybos organizacijos parama universitetų mokslininkams siekia sukurti išmanesnį nei bet kada anksčiau požiūrį į didelių duomenų kiekių tvarkymą.

Buferis ir lygiagretusis skaičiavimas Štai keletas naujų metodų, kuriuos taiko šios komandos, pavyzdžių. Kitas ADA (), kuris supaprastina programų kūrimą konvertuojant procesoriaus ir atminties komponentus su moduliais į vieną agregatą, o ne sprendžiant jų prijungimo prie pagrindinės plokštės problemas.

Praėjusiais metais mokslininkų komanda iš JK ir Rusijos sėkmingai įrodė, kad tipo „Stebuklingos dulkės“iš kurių jie susideda šviesa ir materija - galiausiai pranašesnis už „našumą“ net ir galingiausius superkompiuterius.

Britų Kembridžo, Sautamptono ir Kardifo universitetų bei Rusijos Skolkovo instituto mokslininkai naudojo kvantines daleles, žinomas kaip poliaritonokurį galima apibrėžti kaip kažką tarp šviesos ir materijos. Tai visiškai naujas požiūris į kompiuterinį skaičiavimą. Pasak mokslininkų, jis gali tapti pagrindu naujo tipo kompiuteriui, galinčiam išspręsti šiuo metu neišsprendžiamus klausimus – įvairiose srityse, tokiose kaip biologija, finansai ir kosmoso kelionės. Tyrimo rezultatai skelbiami žurnale Nature Materials.

Atminkite, kad šiuolaikiniai superkompiuteriai gali išspręsti tik nedidelę problemų dalį. Netgi hipotetinis kvantinis kompiuteris, jei jis pagaliau bus sukurtas, geriausiu atveju suteiks kvadratinį pagreitį sudėtingiausioms problemoms spręsti. Tuo tarpu „fėjų dulkes“ sukuriantys polaritonai sukuriami lazerio spinduliais aktyvuojant galio, arseno, indžio ir aliuminio atomų sluoksnius.

Šiuose sluoksniuose esantys elektronai sugeria ir skleidžia tam tikros spalvos šviesą. Poliaritonai yra dešimt tūkstančių kartų lengvesni už elektronus ir gali pasiekti pakankamą tankį, kad susidarytų nauja materijos būsena, vadinama Bose-Einšteino kondensatas (aštuonios). Jame esančios poliaritonų kvantinės fazės yra sinchronizuojamos ir sudaro vieną makroskopinį kvantinį objektą, kurį galima aptikti fotoliuminescenciniais matavimais.

8. Grafikas, kuriame pavaizduotas Bose-Einstein kondensatas

Pasirodo, šioje konkrečioje būsenoje poliaritono kondensatas gali išspręsti optimizavimo problemą, kurią minėjome aprašydami kvantinius kompiuterius daug efektyviau nei kubitų procesoriai. Britų ir rusų tyrimų autoriai įrodė, kad polaritonams kondensuojantis jų kvantinės fazės išsidėsto konfigūracija, atitinkančia absoliutų kompleksinės funkcijos minimumą.

„Mes pradedame tyrinėti polaritonų brėžinių galimybes sudėtingoms problemoms spręsti“, – rašo „Nature Materials“ bendraautorius prof. Pavlosas Lagoudakis, Sautamptono universiteto Hibridinės fotonikos laboratorijos vadovas. „Šiuo metu mes padidiname savo įrenginio mastelį iki šimtų mazgų, bandydami pagrindinę apdorojimo galią.

Šiuose eksperimentuose iš subtilių kvantinių šviesos ir materijos fazių pasaulio net kvantiniai procesoriai atrodo gremėzdiški ir tvirtai susiję su tikrove. Kaip matote, mokslininkai ne tik dirba su rytojaus superkompiuteriais ir rytojaus mašinomis, bet jau planuoja, kas bus poryt.

Šiuo metu pasiekti egzaskalą bus nemenkas iššūkis, tada galvosite apie kitus etapus flopo skalėje (9). Kaip jau galėjote atspėti, vien tik pridėti procesorių ir atminties neužtenka. Jei reikia tikėti mokslininkais, pasiekę tokią galingą skaičiavimo galią galėsime išspręsti mums žinomas megaproblemas, tokias kaip vėžio iššifravimas ar astronominių duomenų analizė.

9. Superkompiuterių ateitis

Suderinkite klausimą su atsakymu

Kas toliau?

Na, o kalbant apie kvantinius kompiuterius, kyla klausimų, kam jie turėtų būti naudojami. Pagal seną posakį, kompiuteriai išsprendžia problemas, kurių be jų nebūtų. Taigi turbūt pirmiausia turėtume sukurti šias futuristines supermašinas. Tada problemos kils savaime.

Kokiose srityse gali būti naudingi kvantiniai kompiuteriai?

Dirbtinis intelektas. AI () veikia mokymosi per patirtį principu, kuris tampa vis tikslesnis, kai gaunamas grįžtamasis ryšys ir kol kompiuterinė programa tampa „protinga“. Atsiliepimai grindžiami daugelio galimų variantų tikimybių skaičiavimais. Mes jau žinome, kad, pavyzdžiui, Lockheed Martin planuoja naudoti savo D-Wave kvantinį kompiuterį, kad išbandytų autopiloto programinę įrangą, kuri šiuo metu yra per sudėtinga klasikiniams kompiuteriams, o „Google“ naudoja kvantinį kompiuterį, kad sukurtų programinę įrangą, galinčią atskirti automobilius nuo orientyrų.

Molekulinis modeliavimas. Kvantinių kompiuterių dėka bus galima tiksliai modeliuoti molekulines sąveikas, ieškant optimalių konfigūracijų cheminėms reakcijoms. Kvantinė chemija yra tokia sudėtinga, kad šiuolaikiniai skaitmeniniai kompiuteriai gali analizuoti tik paprasčiausias molekules. Cheminės reakcijos yra kvantinės prigimties, nes sukuria labai susipynusias kvantines būsenas, kurios persidengia viena su kita, todėl visiškai išvystyti kvantiniai kompiuteriai gali lengvai įvertinti net sudėtingiausius procesus. „Google“ jau turi patobulinimų šioje srityje – jie sumodeliavo vandenilio molekulę. Rezultatas bus efektyvesni produktai – nuo ​​saulės baterijų iki vaistų.

Kriptografija. Apsaugos sistemos šiandien priklauso nuo efektyvios pirminės generacijos. Tai galima pasiekti naudojant skaitmeninius kompiuterius, atsižvelgiant į visus įmanomus veiksnius, tačiau dėl to, kad tam reikia daug laiko, „sulaužyti kodą“ brangu ir nepraktiška. Tuo tarpu kvantiniai kompiuteriai gali tai padaryti eksponentiškai, efektyviau nei skaitmeniniai įrenginiai, o tai reiškia, kad šiandieniniai saugumo metodai greitai pasens. Taip pat yra daug žadančių kvantinio šifravimo metodų, kurie kuriami siekiant pasinaudoti vienakrypčiu kvantinio susipynimo pobūdžiu. Viso miesto tinklai jau buvo demonstruojami keliose šalyse, o Kinijos mokslininkai neseniai paskelbė, kad sėkmingai siunčia susipynusius fotonus iš orbitoje skriejančio „kvantinio“ palydovo į tris atskiras bazines stotis atgal į Žemę.

Finansinis modeliavimas. Šiuolaikinės rinkos yra viena iš sudėtingiausių egzistuojančių sistemų. Nors mokslinis ir matematinis jų aprašymo ir kontrolės aparatas yra sukurtas, tokios veiklos efektyvumas vis dar iš esmės yra nepakankamas dėl esminio mokslo disciplinų skirtumo: nėra kontroliuojamos aplinkos, kurioje būtų galima atlikti eksperimentus. Norėdami išspręsti šią problemą, investuotojai ir analitikai kreipėsi į kvantinį skaičiavimą. Viena iš tiesioginių privalumų yra ta, kad atsitiktinumas, būdingas kvantiniams kompiuteriams, atitinka finansų rinkų stochastinį pobūdį. Investuotojai dažnai nori įvertinti rezultatų pasiskirstymą pagal labai daug atsitiktinai sugeneruotų scenarijų.

Orų prognozė. NOAA vyriausiasis ekonomistas Rodney F. Weiheris tvirtina, kad beveik 30% JAV BVP (6 trilijonai USD) tiesiogiai arba netiesiogiai priklauso nuo oro sąlygų. maisto gamybai, transportavimui ir mažmeninei prekybai. Taigi, galimybė geriau numatyti aurą būtų labai naudinga daugelyje sričių, jau nekalbant apie ilgesnį laiką, skiriamą apsaugai nuo stichinių nelaimių. JK nacionalinė meteorologijos padalinys „Met Office“ jau pradėjo investuoti į tokias naujoves, kad patenkintų galios ir mastelio poreikius, su kuriais ji turės susidoroti nuo 2020 m., ir paskelbė ataskaitą apie savo eksakalinio skaičiavimo poreikius.

Dalelių fizika. Kietųjų dalelių fizikos modeliai dažnai yra labai sudėtingi, sudėtingi sprendimai, kuriems reikia daug skaičiavimo laiko skaitiniam modeliavimui. Dėl to jie idealiai tinka kvantiniam skaičiavimui, ir mokslininkai tuo jau pasinaudojo. Insbruko universiteto ir Kvantinės optikos ir kvantinės informacijos instituto (IQOQI) mokslininkai neseniai panaudojo programuojamą kvantinę sistemą šiam modeliavimui atlikti. Remiantis leidiniu Nature, grupė naudojo paprastą kvantinio kompiuterio versiją, kurioje jonai atliko logines operacijas – pagrindinius bet kokio kompiuterinio skaičiavimo veiksmus. Modeliavimas parodė visišką suderinimą su tikrais aprašytos fizikos eksperimentais. sako fizikas teoretikas Peteris Zolleris. -