Гарызонт былых - і далей…

З аднаго боку, яны павінны дапамагчы нам перамагчы рак, сапраўды прадказаць надвор'е і асвоіць тэрмаядзерны сінтэз. З іншага боку, ёсць асцярогі, што яны выклічуць глабальнае знішчэнне ці панясуць чалавецтва. На дадзены момант, аднак, вылічальныя монстры ўсё яшчэ не ў стане тварыць адначасова вялікае дабро і ўсеагульнае зло.

У 60-х самыя эфектыўныя кампутары валодалі магутнасцю мегафлопс (мільёны аперацый з якая плавае коскі ў секунду). Першы кампутар з вылічальнай магутнасцю вышэй 1 GFLOPS (гігафлопса) было Крэй 2, вытворчасці Cray Research у 1985 годзе. Першая мадэль з вылічальнай магутнасцю вышэй за 1 TFLOPS (терафлопса) быў ASCI Чырвоны, створаны Intel у 1997 годзе. Магутнасць 1 PFLOPS (петафлопс) дасягнула Дарожнік, выпушчаны IBM у 2008 годзе.

Дзеючы на ​​дадзены момант рэкорд вылічальнай магутнасці належыць кітайскай Sunway TaihuLight і складае 9 PFLOPS.

Хоць, як бачыце, самыя магутныя машыны яшчэ не дасягнулі сотні петафлопсаў, усё гушчару экзамаштабныя сістэмыу якім магутнасць павінна ўлічвацца экзафлопсах (EFLOPS), г.зн. каля больш за 1018 аперацый у секунду. Аднак такія канструкцыі пакуль знаходзяцца толькі на стадыі праектаў рознай ступені прапрацаванасці.

ЗНІЖЭННІ (, Аперацый з якая плавае коскі ў секунду) - адзінка вылічальнай магутнасці, якая выкарыстоўваецца ў асноўным у навуковых дадатках. Ён больш універсальны, чым які выкарыстоўваўся раней блок MIPS, што азначае колькасць інструкцый працэсара ў секунду. Флопс - гэта не СІ, але яго можна інтэрпрэтаваць як адзінку 1 / с.

Вам патрэбен exascale для раку

Эксафлопс, ці тысяча петафлопс, - гэта больш, чым усе суперкампутары з топ-XNUMX разам узятыя. Навукоўцы спадзяюцца, што новае пакаленне машын з такой магутнасцю прынясе прарывы ​​ў розных абласцях.

Вылічальная магутнасць у экзафлопсным рэжыме ў спалучэнні з хутка якія развіваюцца тэхналогіямі машыннага навучання павінна дапамагчы, напрыклад, нарэшце, ўзламаць код рака. Аб'ём дадзеных, якімі павінны валодаць лекары для дыягностыкі і лячэнні рака, настолькі велізарны, што звычайным кампутарам складана зладзіцца з задачай. Пры тыповым даследаванні біяпсіі адзіночнай пухліны праводзіцца больш за 8 мільёнаў вымярэнняў, у ходзе якіх лекары аналізуюць паводзіны пухліны, яе рэакцыю на фармакалагічнае лячэнне і ўплыў на арганізм пацыента. Гэта сапраўдны акіян даных.

- Сказаў Рык Стывенс з Аргонскай лабараторыі Міністэрства энергетыкі ЗША (DOE). -

Спалучаючы медыцынскія даследаванні з вылічальнай магутнасцю, навукоўцы працуюць над Нейрасеткавая сістэма CANDLE (). Гэта дазваляе прагназаваць і распрацоўваць план лячэння з улікам індывідуальных запатрабаванняў кожнага пацыента. Гэта дапаможа навукоўцам зразумець малекулярную аснову ўзаемадзеяння ключавых бялкоў, распрацаваць прагнастычныя мадэлі рэакцыі на лекі і прапанаваць аптымальныя стратэгіі лячэння. Спецыялісты Argonne лічаць, што эксафлопсныя сістэмы змогуць запускаць прыкладанне CANDLE у 50-100 разоў хутчэй, чым самыя магутныя вядомыя сёння супермашыны.

Таму з нецярпеннем чакаюць з'яўленні экзафлопсных суперкампутараў. Аднак першыя версіі не абавязкова з'явяцца ў ЗША. Вядома, ЗША з'яўляюцца ўдзельнікам гонкі за іх стварэнне, і мясцовы ўрад у праекце, вядомым як Аўрора супрацоўнічае з AMD, IBM, Intel і Nvidia, імкнучыся апярэдзіць замежных канкурэнтаў. Аднак чакаецца, што гэта адбудзецца не раней за 2021 год. Між тым, у студзені 2017 года кітайскія спецыялісты аб'явілі аб стварэнні экзафлопнага прататыпа. Цалкам функцыянуе мадэль вылічальнага блока такога роду - Tianhe-3 - зрэшты, наўрад ці ён будзе гатовы ў бліжэйшыя некалькі гадоў.

Кітайцы трымаюць моцна

Справа ў тым, што з 2013 года кітайскія распрацоўкі ўзначальваюць спіс самых магутных кампутараў у свеце. Ён дамінаваў на працягу некалькіх гадоў Tianhe-2і зараз пальма першынства належыць згаданаму Sunway TaihuLight. Лічыцца, што гэтыя дзве самыя магутныя машыны ў Паднябеснай нашмат больш магутны, чым усе дваццаць адзін суперкампутар у Міністэрстве энергетыкі ЗША.

Амерыканскія навукоўцы, вядома ж, жадаюць вярнуць сабе якія лідыруюць пазіцыі, займаныя пяць гадоў назад, і працуюць над сістэмай, якая дазволіць ім гэта зрабіць. Ён будуецца ў Нацыянальнай лабараторыі Ок-Рыдж у Тэнэсі. Саміт (2), суперкампутар, увод якога ў эксплуатацыю запланаваны на канец гэтага года. Гэта пераўзыходзіць магутнасць Sunway TaihuLight. Ён будзе выкарыстоўвацца для тэставання і распрацоўкі новых, больш трывалых і лёгкіх матэрыялаў, для мадэлявання ўнутранай часткі Зямлі з дапамогай акустычных хваль і для падтрымкі астрафізічных праектаў, якія даследуюць паходжанне Сусвету.

2. Прасторавы план суперкампутара Summit

У згаданай Аргонскай нацыянальнай лабараторыі навукоўцы неўзабаве плануюць пабудаваць яшчэ хутчэйшую прыладу. Вядомы пакуль як A21Чакаецца, што прадукцыйнасць дасягне 200 петафлопс.

Японія таксама прымае ўдзел у гонцы суперкампутараў. Хоць у апошні час яго некалькі засланіла амерыкана-кітайскае суперніцтва, менавіта гэтая краіна плануе запусціць Сістэма АБКІ (), прапаноўваючы магутнасць 130 петафлопс. Японцы спадзяюцца, што такі суперкампутар можна будзе выкарыстоўваць для распрацоўкі ІІ (штучнага інтэлекту) або глыбокага навучання.

Тым часам Еўрапарламент толькі што прыняў рашэнне пабудаваць суперкамп'ютар ЕС за мільярд еўра. Гэты вылічальны монстар пачне сваю працу для даследчых цэнтраў нашага кантынента на мяжы 2022 і 2023 гадоў. Машына будзе пабудавана ў рамках Праект EuroGPCі яго будаўніцтва будзе фінансавацца дзяржавамі-сябрамі - так што Польшча таксама будзе ўдзельнічаць у гэтым праекце. Яго прагназуемая магутнасць звычайна называецца «перадэкзамаштабнай».

Пакуль, паводле рэйтынгу 2017 года, з пяцісот самых хуткіх суперкампутараў свету ў Кітаі 202 такіх машыны (40%), а Амерыка кантралюе 144 (29%).

Кітай таксама выкарыстоўвае 35% сусветных вылічальных магутнасцей у параўнанні з 30% у ЗША. Наступныя краіны з найбольшай колькасцю суперкампутараў у спісе - Японія (35 сістэм), Германія (20), Францыя (18) і Вялікабрытанія (15). Варта адзначыць, што па-за залежнасцю ад краіны паходжання ўсе пяцьсот самых магутных суперкампутараў выкарыстоўваюць розныя версіі Linux.

Яны самі спраектуюць

Суперкампутары ўжо з'яўляюцца каштоўнай прыладай, якія падтрымліваюць навуковыя і тэхналагічныя галіны. Яны дазваляюць даследчыкам і інжынерам дамагацца ўстойлівага прагрэсу (а часам нават вялізных скокаў наперад) у такіх галінах, як біялогія, прагназаванне надвор'я і клімату, астрафізіка і ядзерную зброю.

Астатняе залежыць ад іх магутнасці. На працягу наступных дзесяцігоддзяў выкарыстанне суперкампутараў можа істотна змяніць эканамічнае, ваеннае і геапалітычнае становішча тых краін, якія маюць доступ да гэтага тыпу звышсучаснай інфраструктуры.

Прагрэс у гэтай справе настолькі імклівы, што праектаванне новых пакаленняў мікрапрацэсараў ужо стала занадта складаным нават для шматлікіх чалавечых рэсурсаў. Па гэтай прычыне перадавое кампутарнае праграмнае забеспячэнне і суперкампутары ўсё часцей гуляюць вядучую ролю ў распрацоўцы кампутараў, у тым ліку з прыстаўкай "супер".

3. Японскі суперкампутар

Фармацэўтычныя кампаніі неўзабаве атрымаюць магчымасць паўнавартаснай працы дзякуючы вылічальным звышздольнасцям апрацоўка вялікай колькасці геномаў чалавека, жывёл і раслін, якія дапамогуць стварыць новыя лекі і метады лячэння розных захворванняў.

Яшчэ адна прычына (насамрэч адна з галоўных), чаму ўрады так шмат укладваюць у распрацоўку суперкампутараў. Больш эфектыўныя машыны дапамогуць будучым военачальнікам выпрацоўваць выразныя баявыя стратэгіі ў любым баявым становішчы, дазволяць распрацоўваць больш эфектыўныя сістэмы ўзбраення, а таксама акажуць падтрымку праваахоўным органам і выведвальным службам у своечасовым выяўленні патэнцыйных пагроз.

Бракуе магутнасці для сімуляцыі мозгу

Новыя суперкампутары павінны дапамагчы расшыфраваць даўно вядомы нам прыродны суперкампутар - чалавечы мозг.

Міжнародная група навукоўцаў нядаўна распрацавала алгарытм, які ўяўляе сабой новы важны крок да мадэлявання нейронавых сувязяў мозгу. Новы НЯМА алгарытму, Апісаны ў дакуменце з адкрытым доступам, апублікаваным у Frontiers in Neuroinformatics, як чакаецца, будзе мадэляваць 100 мільярдаў узаемазвязаных нейронаў чалавечага мозгу на суперкампутарах. Да працы прыцягнуты навукоўцы з нямецкага даследчага цэнтра Jülich, Нарвежскага ўніверсітэта навук аб жыцці, Аахенскага ўніверсітэта, японскага інстытута RIKEN і Каралеўскага тэхналагічнага інстытута KTH у Стакгольме.

З 2014 года на суперкампутарах RIKEN і JUQUEEN у Юліхскім суперкамп'ютэрным цэнтры ў Германіі праводзяцца буйнамаштабныя сімуляцыі нейронавых сетак, якія імітуюць злучэнні прыкладна 1% нейронаў у чалавечым мозгу. Чаму толькі так многа? Ці могуць суперкампутары мадэляваць увесь мозг?

Тлумачыць Сюзана Кункель са шведскай кампаніі KTH.

Падчас сімуляцыі патэнцыял дзеяння нейрона (кароткія электрычныя імпульсы) павінен быць адпраўлены прыкладна ўсім 100 XNUMX чалавек. невялікія кампутары, званыя вузламі, кожны з якіх абсталяваны побач працэсараў, якія выконваюць фактычныя вылічэнні. Кожны вузел правярае, якія з гэтых імпульсаў ставяцца да віртуальных нейронаў, якія існуюць у гэтым вузле.

4. Мадэляванне мазгавых сувязяў нейронаў, г.зн. мы толькі ў пачатку шляху (1%)

Відавочна, што аб'ём кампутарнай памяці, неабходны працэсарам для гэтых дадатковых бітаў на нейрон, павялічваецца з памерам нейронавай сеткі. Каб выйсці за межы 1% мадэлявання ўсяго чалавечага мозгу (4), спатрэбіцца у сто разоў больш памяці чым тое, што даступна ва ўсіх суперкампутарах сёння. Таму казаць аб атрыманні сімуляцыі ўсяго мозгу можна было б толькі ў кантэксце будучых экзафлопсных суперкампутараў. Менавіта тут мусіць працаваць алгарытм NEST наступнага пакалення.

ТОП-5 суперкампутараў свету

1. Sanway TaihuLight - Суперкампутар прадукцыйнасцю 93 PFLOPS, запушчаны ў 2016 годзе ва Уси, Кітай. З чэрвеня 2016 года ён узначальвае спіс ТОП500 – суперкампутараў з самай высокай вылічальнай магутнасцю ў свеце.

2. Цяньхэ-2 (Млечны Шлях-2) - Суперкампутар з вылічальнай магутнасцю 33,86 PFLOPS, пабудаваны кампаніяй NUDT () у Кітаі. З чэрвеня 2013 г.

да чэрвеня 2016 года гэта быў самы хуткі суперкампутар у свеце.

3. Піз Дынт - канструкцыя, распрацаваная кампаніяй Cray, усталяваная ў Швейцарскім нацыянальным суперкампутарным цэнтры (). Нядаўна ён быў мадэрнізаваны – паскаральнікі Nvidia Tesla K20X замененыя на новыя, Tesla P100, што дазволіла ўлетку 2017 гады павялічыць вылічальную магутнасць з 9,8 да 19,6 PFLOPS.

4. Гёкаў - суперкампутар, распрацаваны ExaScaler і PEZY Computing. Размешчаны ў Японскім агенцтве марскіх навук і тэхналогій (JAMSTEC) Ёкагамскага інстытута навук аб Зямлі; на тым жа паверсе, што і сімулятар Зямлі. Магутнасць: 19,14 ПФЛОПС.

5. Тытан - Суперкампутар з вылічальнай магутнасцю 17,59 PFLOPS вытворчасці Cray Inc. і запушчаны ў кастрычніку 2012 года ў Ок-Рыджскай нацыянальнай лабараторыі ў ЗША. З лістапада 2012 года па чэрвень 2013 года Тытан быў самым хуткім суперкампутарам у свеце. У цяперашні час ён знаходзіцца на пятым месцы, але па-ранейшаму застаецца самым хуткім суперкампутарам у ЗША.

Яны таксама змагаюцца за першынство ў квантавай.

У IBM лічаць, што ў бліжэйшыя пяць гадоў у эфір пачнуць вяшчаць не суперкампутары на базе традыцыйных крамянёвых чыпаў, а . Па словах даследнікаў кампаніі, галіна толькі пачынае разумець, як можна выкарыстоўваць квантавыя кампутары. Чакаецца, што ўсяго праз пяць гадоў інжынеры знойдуць першыя асноўныя вобласці ўжывання гэтых машын.

Квантавыя кампутары выкарыстоўваюць вылічальны блок, званы кубітэм. Звычайныя паўправаднікі ўяўляюць інфармацыю ў выглядзе паслядоўнасцяў 1 і 0, а кубіты выяўляюць квантавыя ўласцівасці і могуць адначасова выконваць вылічэнні як 1 і 0. Гэта азначае, што два кубіта могуць адначасова ўяўляць паслядоўнасці 1-0, 1-1, 0-1. ., 0-0. Вылічальная магутнасць расце экспанентна з кожным кубітам, таму тэарэтычна квантавы кампутар усяго з 50 кубітамі можа мець вялікую вылічальную магутнасць, чым самыя магутныя суперкампутары ў свеце.

D-Wave Systems ужо прадае квантавы кампутар, якіх, як кажуць, 2 штук. кубіты. Аднак Копіі D-Wave (5) з'яўляюцца спрэчнымі. Хоць некаторыя даследнікі знайшлі ім добрае ўжыванне, яны ўсё яшчэ не перасягнулі класічныя кампутары і карысныя толькі для пэўных класаў задач аптымізацыі.

5. Квантавыя кампутары D-Wave

Некалькі месяцаў таму лабараторыя Google Quantum AI Lab прадэманстравала новы 72-кубітны квантавы працэсар пад назвай шчацінавыя конусы (6). Неўзабаве ён можа дасягнуць «квантавага першынства», перасягнуўшы класічны суперкампутар, прынамсі, калі справа даходзіць да рашэння некаторых задач. Калі квантавы працэсар дэманструе досыць нізкі ўзровень памылак пры працы, ён можа апынуцца больш эфектыўным, чым класічны суперкампутар, з выразна вызначанай ІТ-задачай.

6. 72-кубітны квантавы працэсар Bristlecone

Наступным у шэрагу быў працэсар Google, бо ў студзені, напрыклад, Intel анансавала ўласную 49-кубітную квантавую сістэму, а раней 50-кубітную версію прадставіла IBM. чып інтэл, Loihi, ён з'яўляецца інавацыйным і ў іншых адносінах. Гэта першая "нейраморфная" інтэгральная схема, распрацаваная для імітацыі таго, як чалавечы мозг вучыцца і разумее. Ён "цалкам функцыянальны" і будзе даступны для партнёраў па даследаваннях у канцы гэтага года.

Аднак гэта толькі пачатак, бо каб мець магчымасць выпроствацца з крамянёвымі монстрамі, трэба z мільёны кубітаў. Група навукоўцаў з Галандскага тэхнічнага ўніверсітэта ў Дэлфце спадзяецца, што спосабам дасягнення такіх маштабаў з'яўляецца выкарыстанне крэмнія ў квантавых кампутарах, таму што яе члены знайшлі рашэнне, як выкарыстоўваць крэмній для стварэння праграмуемага квантавага працэсара.

У сваім даследаванні, апублікаваным у часопісе Nature, галандская каманда кантралявала кручэнне аднаго электрона з дапамогай мікрахвалевай энергіі. У крэмніі электрон круціўся б уверх і ўніз адначасова, эфектыўна ўтрымліваючы яго на месцы. Як толькі гэта было дасягнута, каманда злучыла два электроны разам і запраграмавала іх для запуску квантавых алгарытмаў.

Атрымалася стварыць на аснове крэмнія двухбітны квантавы працэсар.

Доктар Том Уотсан, адзін з аўтараў даследавання, растлумачыў Бі-бі-сі. Калі Ўотсан і яго камандзе атрымаецца сплавіць яшчэ больш электронаў, гэта можа прывесці да паўстання кубітавыя працэсарыгэта наблізіць нас на адзін крок да квантавых кампутараў будучыні.

- Той, хто пабудуе квантавы кампутар, які цалкам функцыянуе, будзе кіраваць светам. Манас Мукерджы з Нацыянальнага універсітэта Сінгапура і галоўны даследчык Нацыянальнага цэнтра квантавых тэхналогій нядаўна сказаў у інтэрв'ю. Гонка паміж найбуйнейшымі тэхналагічнымі кампаніямі і даследчымі лабараторыямі ў цяперашні час засяроджана на так званых квантавая перавага, кропка, у якой квантавы кампутар можа выконваць вылічэнні, праўзыходныя ўсё, што могуць прапанаваць самыя перадавыя сучасныя кампутары.

Прыведзеныя прыклады дасягненняў Google, IBM і Intel кажуць аб тым, што ў гэтай сферы дамінуюць кампаніі са ЗША (а значыць, і дзяржавы). Аднак зусім нядаўна кітайскі сайт Alibaba Cloud выпусціў платформу хмарных вылічэнняў на базе 11-кубітнага працэсара, якая дазваляе навукоўцам тэставаць новыя квантавыя алгарытмы. Гэта азначае, што Кітай у вобласці блокаў квантавых вылічэнняў таксама не засынае грушы попелам.

Аднак намаганні па стварэнні квантавых суперкампутараў выклікаюць не толькі энтузіязм у дачыненні да новых магчымасцяў, але і выклікаюць спрэчкі.

Некалькі месяцаў таму, падчас Міжнароднай канферэнцыі па квантавых тэхналогіях у Маскве, Аляксандр Львоўскі (7) з Расійскага квантавага цэнтра, які таксама з'яўляецца прафесарам фізікі Універсітэта Калгары ў Канадзе, сказаў, што квантавыя кампутары інструмент знішчэнняне ствараючы.

7. Прафесар Аляксандр Львоўскі

Што ён меў на ўвазе? Перш за ўсё, лічбавая бяспека. У цяперашні час уся канфідэнцыйная лічбавая інфармацыя, якая перадаецца праз Інтэрнэт, шыфруецца для абароны прыватнасці зацікаўленых бакоў. Мы ўжо бачылі выпадкі, калі хакеры маглі перахапіць гэтыя дадзеныя, узламаўшы шыфраванне.

Па словах Львова, з'яўленне квантавага кампутара толькі аблегчыць задачу кіберзлачынцам. Ні адно з вядомых сёння сродкаў шыфравання не зможа абараніць сябе ад вылічальнай магутнасці сапраўднага квантавага кампутара.

Медыцынскія запісы, фінансавая інфармацыя і нават сакрэты ўрадаў і ваенных арганізацый былі б даступныя як у рондалі, а гэта азначала б, як адзначае Львоўскі, што новая тэхналогія можа пагражаць усяму сусветнаму парадку. Іншыя эксперты лічаць, што асцярогі расейцаў неабгрунтаваныя, паколькі стварэнне сапраўднага квантавага суперкампутара таксама дазволіць ініцыяваць квантавую крыптаграфію, лічыцца непарушным.

Іншы падыход

Апроч традыцыйных кампутарных тэхналогій і распрацоўкі квантавых сістэм, розныя цэнтры працуюць над іншымі метадамі пабудовы суперкампутараў будучыні.

Амерыканскае агенцтва DARPA фінансуе шэсць цэнтраў альтэрнатыўных кампутарных дызайнерскіх рашэнняў. Архітэктура, якая выкарыстоўваецца ў сучасных машынах, умоўна называецца архітэктура фон Нэйманао, яму ўжо семдзесят гадоў. Падтрымка універсітэцкіх даследчыкаў з боку абароннай арганізацыі накіравана на распрацоўку больш разумнага падыходу да апрацоўкі вялікіх аб'ёмаў дадзеных, чым калі-небудзь раней.

Буферызацыя і паралельныя вылічэнні вось некалькі прыкладаў новых метадаў, над якімі працуюць гэтыя каманды. Іншы ADA (), што дазваляе спрасціць распрацоўку прыкладанняў за кошт пераўтварэння кампанентаў ЦП і памяці з модулямі ў адну зборку, а не змагацца з пытаннямі іх сувязі на мацярынскай плаце.

У мінулым годзе група даследчыкаў з Вялікабрытаніі і Расіі паспяхова прадэманстравала, што тып «Чароўны пыл»з якіх яны складаюцца святло і матэрыя – у канчатковым выніку праўзыходныя па «прадукцыйнасці» нават самыя магутныя суперкампутары.

Навукоўцы з брытанскіх універсітэтаў Кембрыджа, Саўтгемптана і Кардыфа і расійскага інстытута Сколкава выкарыстоўвалі квантавыя часціцы, вядомыя як палярытоныякое можна вызначыць як нешта сярэдняе паміж святлом і матэрыяй. Гэта зусім новы падыход да кампутарных вылічэнняў. На думку навукоўцаў, ён можа легчы ў аснову кампутара новага тыпу, здольнага вырашаць невырашальныя ў цяперашні час пытанні – у розных галінах, такіх як біялогія, фінансы і касмічныя падарожжы. Вынікі даследавання апублікаваны ў часопісе Nature Materials.

Памятайце, што сучасныя суперкампутары могуць зладзіцца толькі з невялікай дзеллю праблем. Нават гіпатэтычны квантавы кампутар, калі ён будзе нарэшце пабудаваны, у лепшым выпадку забяспечыць квадратычнае паскарэнне рашэння самых складаных задач. Між тым, палярытоны, якія ствараюць «чарадзейны пыл», ствараюцца шляхам актывацыі пластоў атамаў галію, мыш'яку, індыю і алюмінію лазернымі прамянямі.

Электроны ў гэтых пластах паглынаюць і выпраменьваюць святло вызначанага колеру. Палярытоны ў дзесяць тысяч разоў лягчэй электронаў і могуць дасягаць дастатковай шчыльнасці, каб спарадзіць новы стан матэрыі, вядомае як Кандэнсат Базэ-Эйнштэйна (8). Квантавыя фазы палярытонаў ў ім сінхранізуюцца і ўтвараюць адзіны макраскапічны квантавы аб'ект, які можа быць выяўлены вымярэннямі фоталюмінесцэнцыі.

8. Графік, які паказвае кандэнсат Базэ-Эйнштэйна

Аказваецца, у гэтым канкрэтным стане палярытонны кандэнсат можа вырашыць праблему аптымізацыі, аб якой мы згадвалі пры апісанні квантавых кампутараў, значна больш эфектыўна, чым працэсары на аснове кубітаў. Аўтары брытанска-расійскіх даследаванняў паказалі, што па меры кандэнсацыі палярытонаў іх квантавыя фазы размяшчаюцца ў канфігурацыі, якая адпавядае абсалютнаму мінімуму складанай функцыі.

"Мы знаходзімся ў пачатку вывучэння патэнцыялу палярытонавых графікаў для вырашэння складаных задач", – піша суаўтар Nature Materials праф. Паўлас Лагудакіс, кіраўнік лабараторыі гібрыднай фатонікі ў Саўтгэмптанскім універсітэце. "У цяперашні час мы маштабуем наша прылада да сотняў вузлоў, тэсціруючы базавую вылічальную магутнасць".

У гэтых эксперыментах са свету тонкіх квантавых фаз святла і матэрыі нават квантавыя працэсары здаюцца чымсьці каравым і трывала злучаным з рэальнасцю. Як бачыце, навукоўцы не толькі працуюць над суперкампутарамі заўтрашняга дня і машынамі паслязаўтра, але ўжо плануюць, што будзе паслязаўтра.

На дадзены момант дасягненне экзамаштабу будзе даволі складанай задачай, затым вы будзеце думаць аб наступных вехах па шкале флоп (9). Як вы маглі здагадацца, проста дадаць да гэтага працэсары і памяць нядосыць. Калі верыць навукоўцам, дасягненне такой магутнай вылічальнай магутнасці дазволіць нам вырашаць вядомыя нам мегапраблемы, такія як расшыфроўка раку ці аналіз астранамічных дадзеных.

9. Будучыня суперкампутараў

Супастаўце пытанне з адказам

Што далей?

Што ж, у выпадку з квантавымі кампутарамі ўзнікаюць пытанні, для чаго іх трэба выкарыстоўваць. Згодна са старой прымаўкай, кампутары вырашаюць праблемы, якіх без іх не было б. Так што нам, верагодна, варта спачатку пабудаваць гэтыя футурыстычныя супермашыны. Тады праблемы ўзнікнуць самі сабой.

У якіх абласцях могуць спатрэбіцца квантавыя кампутары?

Штучны інтэлект. ІІ () працуе па прынцыпе навучання праз вопыт, які становіцца ўсё больш і больш дакладным па меры атрымання зваротнай сувязі і да таго часу, пакуль кампутарная праграма не стане "разумнай". Зваротная сувязь заснавана на разліках імавернасцяў шэрагу магчымых варыянтаў. Мы ўжо ведаем, што Lockheed Martin, напрыклад, плануе выкарыстоўваць свой квантавы кампутар D-Wave для тэставання праграмнага забеспячэння аўтапілота, якое ў наш час занадта складана для класічных кампутараў, а Google выкарыстоўвае квантавы кампутар для распрацоўкі праграмнага забеспячэння, якое можа адрозніваць аўтамабілі ад арыенціраў .

Малекулярнае мадэляванне. Дзякуючы квантавым кампутарам можна будзе сапраўды мадэляваць малекулярныя ўзаемадзеянні, падшукваючы аптымальныя канфігурацыі для хімічных рэакцый. Квантавая хімія настолькі складаная, што сучасныя лічбавыя кампутары могуць аналізаваць толькі найпростыя малекулы. Хімічныя рэакцыі з'яўляюцца квантавымі па сваёй прыродзе, таму што яны ствараюць моцна заблытаныя квантавыя станы, якія перакрываюць адзін аднаго, таму цалкам развітыя квантавыя кампутары без працы змогуць ацаніць нават самыя складаныя працэсы. У Google ужо ёсць напрацоўкі ў гэтай галіне – яны змадэлявалі малекулу вадароду. Вынікам стануць больш эфектыўныя прадукты, пачынаючы ад сонечных батарэй і заканчваючы лекамі.

Крыптаграфія. Сістэмы бяспекі сёння залежаць ад эфектыўнай першаснай генерацыі. Гэта можа быць дасягнута з дапамогай лічбавых кампутараў шляхам пошуку ўсіх магчымых фактараў, але велізарная колькасць часу, неабходнае для гэтага, робіць «узлом кода» дарагім і непрактычны. Між тым, квантавыя кампутары могуць рабіць гэта экспанентна, больш эфектыўна, чым лічбавыя машыны, а гэта азначае, што сённяшнія метады бяспекі хутка састарэюць. Існуюць таксама шматспадзеўныя метады квантавага шыфравання, якія распрацоўваюцца з выкарыстаннем пераваг аднанакіраванай прыроды квантавай заблытанасці. Агульнагарадскія сеткі ўжо былі прадэманстраваны ў некалькіх краінах, і нядаўна кітайскія навукоўцы абвясцілі, што яны паспяхова адпраўляюць заблытаныя фатоны з арбітальнага "квантавага" спадарожніка на тры асобныя базавыя станцыі назад на Зямлю.

Фінансавае мадэляванне. Сучасныя рынкі з'яўляюцца аднымі з самых складаных сістэм, якія існуюць. Хоць навукова-матэматычны апарат для іх апісання і кантролю распрацаваны, эфектыўнасць такой дзейнасці пакуль шмат у чым недастатковая з-за прынцыповага адрознення навуковых дысцыплін: няма кантраляванага асяроддзя, у якім можна праводзіць эксперыменты. Каб вырашыць гэтую праблему, інвестары і аналітыкі звярнуліся да квантавых вылічэнняў. Адным з непасрэдных пераваг з'яўляецца тое, што выпадковасць, уласцівая квантавым кампутарам, адпавядае са стахастычнай прыродай фінансавых рынкаў. Інвестары часта жадаюць ацаніць размеркаванне вынікаў у вельмі вялікай колькасці выпадкова згенераваных сцэнараў.

Прагноз надвор'я. Галоўны эканаміст NOAA Родні Ф. Вейхер сцвярджае, што амаль 30% ВУП ЗША ($ 6 трлн) прама ці ўскосна залежаць ад надвор'я. для вытворчасці прадуктаў харчавання, транспарту і рознічнага гандлю. Такім чынам, здольнасць лепш прадказваць аўру была б вельмі карысная ў шматлікіх абласцях, не кажучы ўжо пра больш працяглы час, адведзеным для абароны ад стыхійных бедстваў. Нацыянальнае метэаралагічнае падраздзяленне Вялікабрытаніі, Метэаралагічнае бюро, ужо пачало інвеставаць у такія інавацыі для задавальнення запатрабаванняў у магутнасці і маштабаванасці, з якімі яму давядзецца мець справу з 2020 года, і апублікавала справаздачу аб сваіх уласных экзафлопных вылічальных патрэбах.

Фізіка часціц. Мадэлі фізікі цвёрдых часціц часта з'яўляюцца надзвычай складанымі, заблытанымі рашэннямі, якія патрабуюць шмат вылічальнага часу для лікавага мадэлявання. Гэта робіць іх ідэальнымі для квантавых вылічэнняў, і навукоўцы ўжо дасталі з гэтага выгаду. Даследнікі з Універсітэта Інсбрука і Інстытута квантавай оптыкі і квантавай інфармацыі (IQOQI) нядаўна выкарыстоўвалі праграмуемую квантавую сістэму для выканання гэтага мадэлявання. Паводле публікацыі ў Nature, група выкарыстоўвала простую версію квантавага кампутара, у якім іёны выконвалі лагічныя аперацыі, асноўныя этапы любых кампутарных вылічэнняў. Мадэляванне паказала поўнае супадзенне з рэальнымі эксперыментамі апісанай фізікі. - кажа фізік-тэарэтык Петэр Золер. -