Birinchisining ufqi - va undan keyingi ...

Bir tomondan, ular bizga saraton kasalligini engish, ob-havoni aniq bashorat qilish va yadroviy sintezni o'zlashtirishga yordam berishi kerak. Boshqa tomondan, ular global halokatga olib keladi yoki insoniyatni qul qiladi, degan qo'rquvlar mavjud. Biroq, hozirgi vaqtda, hisoblash hayvonlari hali ham bir vaqtning o'zida katta yaxshilik va umumbashariy yomonlik qila olmaydi.

60-yillarda eng samarali kompyuterlar kuchga ega edi megafloplar (soniyada millionlab suzuvchi nuqta operatsiyalari). Protsessor quvvatiga ega birinchi kompyuter oliy 1 GFLOPS (gigaflops) edi Krey 2, 1985 yilda Cray Research tomonidan ishlab chiqarilgan. Qayta ishlash quvvatiga ega birinchi model 1 TFLOPS dan yuqori (teraflops) edi ASCI qizil, 1997 yilda Intel tomonidan yaratilgan. Quvvat 1 PFLOPS (petaflops) ga yetdi yo'lchi, IBM tomonidan 2008 yilda chiqarilgan.

Hozirgi hisoblash quvvati rekordi Xitoyning Sunway TaihuLight kompaniyasiga tegishli va 9 PFLOPS ni tashkil qiladi.

Ko'rib turganingizdek, eng kuchli mashinalar hali yuzlab petafloplarga etib bormagan bo'lsa-da, tobora ko'proq. exascale tizimlariunda kuch e'tiborga olinishi kerak eksaflopsach (EFLOPS), ya'ni. sekundiga taxminan 1018 dan ortiq operatsiya. Biroq, bunday dizaynlar hali ham turli darajadagi murakkablikdagi loyihalar bosqichida.

KISARISHLAR (, soniyada suzuvchi nuqta operatsiyalari) - asosan ilmiy ilovalarda ishlatiladigan hisoblash quvvati birligi. Oldin qo'llanilgan MIPS blokidan ko'ra ko'p qirrali bo'lib, bu protsessorning soniyada ko'rsatmalar sonini bildiradi. Flop SI emas, lekin uni 1/s birligi sifatida talqin qilish mumkin.

Sizga saraton kasalligi uchun eksashka kerak

Eksaflops yoki ming petaflops eng yaxshi XNUMX ta superkompyuterni jamlagandan ko'proqdir. Olimlar shunday quvvatga ega yangi avlod mashinalari turli sohalarda yutuq olib kelishiga umid qilmoqda.

Exascale ishlov berish quvvati tez rivojlanayotgan mashinani o'rganish texnologiyalari bilan birgalikda, masalan, nihoyat yordam berishi kerak saraton kodini sindirish. Saraton kasalligini tashxislash va davolash uchun shifokorlar bo'lishi kerak bo'lgan ma'lumotlar miqdori shunchalik kattaki, oddiy kompyuterlar uchun bu vazifani engish qiyin. Odatda bitta o'simta biopsiyasi tadqiqotida 8 milliondan ortiq o'lchovlar o'tkaziladi, ular davomida shifokorlar o'simtaning xatti-harakatini, uning farmakologik davolanishga javobini va bemorning tanasiga ta'sirini tahlil qiladilar. Bu haqiqiy ma'lumotlar okeani.

AQSh Energetika vazirligi (DOE) Argonna laboratoriyasidan Rik Stivens dedi. -

Tibbiy tadqiqotlarni hisoblash quvvati bilan birlashtirib, olimlar ishlamoqda CANDLE neyron tarmoq tizimi (). Bu har bir bemorning individual ehtiyojlariga moslashtirilgan davolash rejasini bashorat qilish va ishlab chiqish imkonini beradi. Bu olimlarga asosiy oqsil o'zaro ta'sirining molekulyar asoslarini tushunishga, dori-darmonlarga javob berishning bashoratli modellarini ishlab chiqishga va optimal davolash strategiyalarini taklif qilishga yordam beradi. Argonning fikricha, exascale tizimlari CANDLE ilovasini bugungi kunda ma'lum bo'lgan eng kuchli supermashinalarga qaraganda 50-100 baravar tezroq ishga tushira oladi.

Shuning uchun biz katta hajmdagi superkompyuterlarning paydo bo'lishini intiqlik bilan kutmoqdamiz. Biroq, birinchi versiyalar AQShda paydo bo'lishi shart emas. Albatta, AQSh ularni yaratish uchun poygada va mahalliy hukumat sifatida tanilgan loyihada Aurora AMD, IBM, Intel va Nvidia kompaniyalari bilan hamkorlik qilib, xorijiy raqobatchilardan oldinga intilishadi. Biroq, bu 2021 yildan oldin sodir bo'lishi kutilmaydi. Shu bilan birga, 2017 yil yanvar oyida xitoylik mutaxassislar eksascale prototipi yaratilishini e'lon qilishdi. Ushbu turdagi hisoblash birligining to'liq ishlaydigan modeli - Tyanxe-3 - ammo, yaqin bir necha yil ichida tayyor bo'lishi dargumon.

Xitoyliklar qattiq ushlab turishadi

Gap shundaki, 2013 yildan beri Xitoy ishlanmalari dunyodagi eng kuchli kompyuterlar ro‘yxatida birinchi o‘rinni egallab turibdi. U yillar davomida hukmronlik qildi Tyanxe-2va endi xurmo eslatib o'tilganlarga tegishli Sunway Taihu nuri. O'rta Qirollikdagi bu ikkita eng kuchli mashina AQSh Energetika vazirligidagi barcha yigirma bitta superkompyuterdan ancha kuchliroq ekanligiga ishoniladi.

Amerikalik olimlar, albatta, besh yil avval egallab turgan yetakchi mavqeini qaytarib olishni istaydi va buning uchun imkon beradigan tizim ustida ishlamoqda. U Tennessi shtatidagi Oak Ridj milliy laboratoriyasida qurilmoqda. Sammit (2), bu yil oxirida foydalanishga topshirilishi rejalashtirilgan superkompyuter. U Sunway TaihuLight quvvatidan oshib ketadi. U kuchliroq va yengilroq bo‘lgan yangi materiallarni sinab ko‘rish va ishlab chiqish, akustik to‘lqinlar yordamida Yerning ichki qismini taqlid qilish va koinotning kelib chiqishini o‘rganuvchi astrofizika loyihalarini qo‘llab-quvvatlash uchun ishlatiladi.

2. Summit superkompyuterining fazoviy rejasi

Aytib o'tilgan Argonna milliy laboratoriyasida olimlar tez orada bundan ham tezroq qurilma yaratishni rejalashtirmoqda. sifatida tanilgan A21Ishlash 200 petaflopsga yetishi kutilmoqda.

Superkompyuterlar poygasida Yaponiya ham ishtirok etmoqda. Yaqinda AQSH-Xitoy raqobati biroz soya solgan boʻlsa-da, aynan shu davlat uni ishga tushirishni rejalashtirmoqda. ABC tizimi (), 130 petaflops quvvat taklif qiladi. Yaponlar bunday superkompyuterdan sun’iy intellekt (sun’iy intellekt) yoki chuqur o‘rganishni rivojlantirish uchun foydalanish mumkinligiga umid qilmoqda.

Ayni paytda, Yevroparlament hozirgina Yevropa Ittifoqi milliard yevrolik superkompyuter yaratishga qaror qildi. Ushbu hisoblash monsteri 2022 va 2023 yillar bo'sag'asida qit'amizning tadqiqot markazlari uchun o'z ishini boshlaydi. Mashina ichida quriladi EuroGPC loyihasiva uning qurilishi a'zo davlatlar tomonidan moliyalashtiriladi - shuning uchun Polsha ham ushbu loyihada ishtirok etadi. Uning bashorat qilingan kuchi odatda "pre-exascale" deb ataladi.

Hozirgacha, 2017 yilgi reytingga ko'ra, dunyodagi eng tezkor besh yuzta superkompyuterdan Xitoyda 202 ta shunday mashina (40%) bor, Amerika esa 144 tasini (29%) boshqaradi.

Xitoy ham dunyodagi hisoblash quvvatining 35% dan foydalanadi, AQShda esa 30%. Roʻyxatda eng koʻp superkompyuterga ega boʻlgan keyingi mamlakatlar Yaponiya (35 ta tizim), Germaniya (20), Fransiya (18) va Buyuk Britaniya (15) hisoblanadi. Shuni ta'kidlash kerakki, qaysi mamlakatdan qat'i nazar, eng kuchli besh yuzta superkompyuterning barchasi Linuxning turli xil versiyalaridan foydalanadi ...

Ular o'zlarini loyihalashtiradilar

Superkompyuterlar allaqachon ilm-fan va texnologiya sohalarini qo'llab-quvvatlovchi qimmatli vositadir. Ular tadqiqotchilar va muhandislarga biologiya, ob-havo va iqlimni bashorat qilish, astrofizika va yadro qurollari kabi sohalarda barqaror taraqqiyotga (va ba'zan katta sakrashlarga) erishishga imkon beradi.

Qolganlari ularning kuchiga bog'liq. Keyingi o'n yilliklarda superkompyuterlardan foydalanish ushbu turdagi ilg'or infratuzilmaga ega bo'lgan mamlakatlarning iqtisodiy, harbiy va geosiyosiy holatini sezilarli darajada o'zgartirishi mumkin.

Ushbu sohadagi taraqqiyot shunchalik tezdirki, mikroprotsessorlarning yangi avlodlarini loyihalash hatto ko'plab inson resurslari uchun ham juda qiyin bo'lib qoldi. Shu sababli, ilg'or kompyuter dasturlari va superkompyuterlar, jumladan, "super" prefiksi bo'lgan kompyuterlar rivojlanishida etakchi rol o'ynamoqda.

3. Yapon superkompyuteri

Tez orada farmatsevtika kompaniyalari kompyuterning super kuchlari tufayli to'liq ishlay oladilar juda ko'p sonli inson genomlarini qayta ishlash, hayvonlar va o'simliklar turli kasalliklar uchun yangi dori-darmonlar va davolash usullarini yaratishga yordam beradi.

Boshqa bir sabab (aslida asosiylaridan biri) nega hukumatlar superkompyuterlarni rivojlantirishga shunchalik ko'p sarmoya kiritmoqda. Samaraliroq transport vositalari bo‘lajak harbiy rahbarlarga har qanday jangovar vaziyatda aniq jangovar strategiyalarni ishlab chiqishda yordam beradi, yanada samarali qurol tizimlarini ishlab chiqishga imkon beradi, huquqni muhofaza qilish va razvedka idoralariga ehtimoliy tahdidlarni oldindan aniqlashda yordam beradi.

Miya simulyatsiyasi uchun quvvat yetarli emas

Yangi superkompyuterlar bizga uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan tabiiy superkompyuter - inson miyasini shifrlashga yordam berishi kerak.

Xalqaro olimlar jamoasi yaqinda miyaning neyron aloqalarini modellashtirishda muhim yangi qadam bo‘lgan algoritmni ishlab chiqdi. Yangi algoritm YO'Q"Frontiers in Neuroinformatics" jurnalida chop etilgan ochiq kirish hujjatida tasvirlangan 100 milliard o'zaro bog'langan inson miyasi neyronlarini superkompyuterlarda simulyatsiya qilishi kutilmoqda. Ishga Germaniyaning Jülich tadqiqot markazi, Norvegiya hayot fanlari universiteti, Axen universiteti, Yaponiyaning RIKEN instituti va Stokgolmdagi KTH Qirollik texnologiya instituti olimlari jalb qilingan.

2014-yildan beri Germaniyaning Jülich Superkompyuter markazida RIKEN va JUQUEEN superkompyuterlarida inson miyasidagi neyronlarning taxminan 1% ulanishlarini simulyatsiya qiluvchi yirik neyron tarmoq simulyatsiyalari ishlamoqda. Nega juda ko'p? Superkompyuterlar butun miyani simulyatsiya qila oladimi?

Shvetsiyaning KTH kompaniyasidan Syuzan Kunkel tushuntiradi.

Simulyatsiya paytida neyron ta'sir potentsiali (qisqa elektr impulslari) taxminan barcha 100 XNUMX kishiga yuborilishi kerak. tugunlar deb ataladigan kichik kompyuterlar, ularning har biri haqiqiy hisob-kitoblarni amalga oshiradigan bir qator protsessorlar bilan jihozlangan. Har bir tugun ushbu impulslarning qaysi biri ushbu tugundagi virtual neyronlar bilan bog'liqligini tekshiradi.

4. Neyronlarning miya aloqalarini modellashtirish, ya'ni. biz faqat sayohatning boshidamiz (1%)

Shubhasiz, har bir neyron uchun ushbu qo'shimcha bitlar uchun protsessorlar tomonidan talab qilinadigan kompyuter xotirasi miqdori neyron tarmoq hajmi bilan ortadi. Butun inson miyasining 1% simulyatsiyasidan tashqariga chiqish uchun (4) kerak bo'ladi XNUMX marta ko'proq xotira bugungi kunda barcha superkompyuterlarda mavjud bo'lganidan ko'ra. Shu sababli, butun miyaning simulyatsiyasini faqat kelajakdagi exascale superkompyuterlari kontekstida olish haqida gapirish mumkin edi. Bu erda keyingi avlod NEST algoritmi ishlashi kerak.

Dunyoning TOP-5 superkompyuterlari

1. Sanway TaihuLight – 93 PFLOPS superkompyuteri 2016 yilda Xitoyning Usi shahrida ishga tushirilgan. 2016-yil iyun oyidan buyon u dunyodagi eng yuqori hisoblash quvvatiga ega superkompyuterlar TOP500 ro‘yxatida birinchi o‘rinni egalladi.

2. Tianhe-2 (Somon yo'li-2) Xitoyda NUDT () tomonidan qurilgan 33,86 PFLOPS hisoblash quvvatiga ega superkompyuterdir. 2013 yil iyun oyidan

2016-yilning iyuniga qadar u dunyodagi eng tezkor superkompyuter edi.

3. Pease Dynt - Kray tomonidan ishlab chiqilgan dizayn, Shveytsariya Milliy Superkompyuter markazida o'rnatilgan (). U yaqinda yangilandi - Nvidia Tesla K20X tezlatgichlari yangi Tesla P100 bilan almashtirildi, bu esa 2017 yilning yozida hisoblash quvvatini 9,8 dan 19,6 PFLOPSgacha oshirish imkonini berdi.

4. Gyokou ExaScaler va PEZY Computing tomonidan ishlab chiqilgan superkompyuterdir. Yokogama geofanlar institutining Yaponiya dengiz fanlari va texnologiyalari agentligida (JAMSTEC) joylashgan; Yer simulyatori bilan bir qavatda. Quvvat: 19,14 PFLOPs.

5. Titan Cray Inc tomonidan ishlab chiqarilgan 17,59 PFLOPS superkompyuteridir. va 2012 yil oktyabr oyida AQShdagi Oak Ridge milliy laboratoriyasida ishga tushirildi. 2012 yilning noyabridan 2013 yilning iyunigacha Titan dunyodagi eng tezkor superkompyuter bo'lgan. Hozirda u beshinchi o'rinda, ammo baribir AQShdagi eng tezkor superkompyuter hisoblanadi.

Ular, shuningdek, kvantda ustunlik uchun kurashadilar

IBM yaqin besh yil ichida an'anaviy kremniy chiplari asosidagi superkompyuterlar emas, balki translyatsiya qilishni boshlaydi, deb hisoblaydi. Kompaniya tadqiqotchilarining fikricha, sanoat kvant kompyuterlaridan qanday foydalanish mumkinligini endigina tushuna boshladi. Muhandislar ushbu mashinalar uchun birinchi yirik ilovalarni atigi besh yil ichida topishlari kutilmoqda.

Kvant kompyuterlari deb nomlangan hisoblash birligidan foydalanadi bir tirsak. Oddiy yarimo'tkazgichlar ma'lumotni 1 va 0 ketma-ketliklari ko'rinishida ifodalaydi, kubitlar esa kvant xossalarini namoyon qiladi va bir vaqtning o'zida 1 va 0 sifatida hisob-kitoblarni amalga oshirishi mumkin. Bu ikki kubit bir vaqtning o'zida 1-0, 1-1, 0-1 ketma-ketliklarini ifodalashi mumkinligini anglatadi. . ., 0-0. Hisoblash quvvati har bir kubit bilan eksponent ravishda o'sib boradi, shuning uchun nazariy jihatdan atigi 50 kubitli kvant kompyuteri dunyodagi eng kuchli superkompyuterlardan ko'ra ko'proq ishlov berish quvvatiga ega bo'lishi mumkin.

D-Wave Systems allaqachon kvant kompyuterini sotmoqda, ulardan ikkitasi borligi aytilmoqda. kubitlar. Biroq D-Wav nusxalarie(5) munozarali. Garchi ba'zi tadqiqotchilar ulardan yaxshi foydalanishgan bo'lsa-da, ular hali ham klassik kompyuterlardan o'zib ketishmagan va faqat optimallashtirish muammolarining ma'lum sinflari uchun foydalidir.

5. D-wave kvant kompyuterlari

Bir necha oy oldin Google Quantum AI Lab yangi 72 kubitli kvant protsessorini namoyish etdi. tukli konuslar (6). U hech bo'lmaganda ba'zi muammolarni hal qilishda klassik superkompyuterni ortda qoldirib, tez orada "kvant ustunligiga" erishishi mumkin. Kvant protsessori ishda yetarlicha past xatolik darajasini ko'rsatsa, u aniq belgilangan IT vazifasiga ega klassik superkompyuterga qaraganda samaraliroq bo'lishi mumkin.

6. Bristlecone 72 qubit kvant protsessori

Navbatda Google protsessori edi, chunki, masalan, yanvar oyida Intel o'zining 49 kubitli kvant tizimini e'lon qildi va avvalroq IBM 50 kubitli versiyasini taqdim etdi. intel chipi, Uzoq, u boshqa yo'llar bilan ham innovatsiondir. Bu inson miyasi qanday o'rganishi va tushunishini taqlid qilish uchun mo'ljallangan birinchi "neyromorf" integral sxema. U "to'liq funktsional" va shu yil oxirida tadqiqot hamkorlari uchun mavjud bo'ladi.

Biroq, bu faqat boshlanishi, chunki silikon yirtqich hayvonlar bilan kurashish uchun sizga z kerak. millionlab kubitlar. Delftdagi Gollandiya Texnika Universitetining bir guruh olimlari bunday miqyosga erishish yo'li kvant kompyuterlarida kremniydan foydalanishga umid qilishmoqda, chunki ularning a'zolari dasturlashtiriladigan kvant protsessorini yaratish uchun kremniydan qanday foydalanish bo'yicha yechim topdilar.

Nature jurnalida chop etilgan tadqiqotida Gollandiya jamoasi mikroto'lqinli energiya yordamida bitta elektronning aylanishini nazorat qildi. Kremniyda elektron bir vaqtning o'zida yuqoriga va pastga aylanadi va uni joyida ushlab turadi. Bunga erishilgach, jamoa ikkita elektronni bir-biriga ulab, ularni kvant algoritmlarini ishga tushirish uchun dasturlashtirdi.

Kremniy asosida yaratish mumkin edi ikki bitli kvant protsessor.

Bu haqda tadqiqot mualliflaridan biri, doktor Tom Uotson BBCga tushuntirdi. Agar Uotson va uning jamoasi ko'proq elektronlarni birlashtira olsa, bu isyonga olib kelishi mumkin. qubit protsessorlaribu bizni kelajak kvant kompyuterlariga bir qadam yaqinlashtiradi.

- Kim to'liq ishlaydigan kvant kompyuterini qursa, u dunyoni boshqaradi Bu haqda Singapur Milliy universitetidan Manas Mukerji va Kvant texnologiyalari milliy markazining bosh tergovchisi yaqinda bergan intervyusida aytdi. Eng yirik texnologiya kompaniyalari va tadqiqot laboratoriyalari o'rtasidagi poyga hozirda shunday deb ataladigan narsaga qaratilgan kvant ustunligi, kvant kompyuteri eng ilg'or zamonaviy kompyuterlar taklif qila oladigan har qanday narsadan tashqari hisob-kitoblarni amalga oshirishi mumkin bo'lgan nuqta.

Google, IBM va Intel yutuqlarining yuqoridagi misollari Amerika Qo'shma Shtatlari (demak, shtat) kompaniyalari bu sohada ustunlik qilishini ko'rsatadi. Biroq Xitoyning Alibaba Cloud kompaniyasi yaqinda 11 kubitli protsessorga asoslangan bulutli hisoblash platformasini chiqardi, bu esa olimlarga yangi kvant algoritmlarini sinab ko‘rish imkonini beradi. Bu shuni anglatadiki, Xitoy kvant hisoblash bloklari sohasida ham armutni kul bilan qoplamaydi.

Biroq, kvant superkompyuterlarini yaratish harakatlari nafaqat yangi imkoniyatlarga ishtiyoq bilan qaraydi, balki bahs-munozaralarga ham sabab bo'ladi.

Bir necha oy oldin, Moskvada bo'lib o'tgan Kvant texnologiyalari bo'yicha xalqaro konferentsiya paytida, Rossiya kvant markazidan Aleksandr Lvovskiy (7), Kanadaning Kalgari universiteti fizika professori, kvant kompyuterlari. halokat vositasiyaratmasdan.

7. Professor Aleksandr Lvovskiy

U nimani nazarda tutgan? Birinchidan, raqamli xavfsizlik. Hozirgi vaqtda Internet orqali uzatiladigan barcha nozik raqamli ma'lumotlar manfaatdor shaxslarning maxfiyligini himoya qilish uchun shifrlangan. Biz allaqachon xakerlar shifrlashni buzish orqali ushbu ma'lumotlarni ushlab qolishlari mumkin bo'lgan holatlarni ko'rganmiz.

Lvovning so‘zlariga ko‘ra, kvant kompyuterining paydo bo‘lishi kiberjinoyatchilarning ishini osonlashtiradi. Bugungi kunda ma'lum bo'lgan hech qanday shifrlash vositasi o'zini haqiqiy kvant kompyuterining ishlov berish kuchidan himoya qila olmaydi.

Tibbiy ma'lumotlar, moliyaviy ma'lumotlar va hatto hukumatlar va harbiy tashkilotlarning sirlari skovorodkada mavjud bo'lar edi, bu Lvovskiy ta'kidlaganidek, yangi texnologiya butun dunyo tartibiga tahdid solishi mumkinligini anglatadi. Boshqa ekspertlarning fikricha, ruslarning qo'rquvi asossiz, chunki haqiqiy kvant superkompyuterini yaratish ham imkon beradi. kvant kriptografiyasini ishga tushiradi, buzilmas deb hisoblanadi.

Boshqa yondashuv

An'anaviy kompyuter texnologiyalari va kvant tizimlarini rivojlantirishdan tashqari, turli markazlar kelajak superkompyuterlarini yaratishning boshqa usullari ustida ishlamoqda.

Amerikaning DARPA agentligi muqobil kompyuter dizayn echimlari uchun oltita markazni moliyalashtiradi. Zamonaviy mashinalarda ishlatiladigan arxitektura shartli ravishda deyiladi fon Neyman arxitekturasiOh, u allaqachon yetmish yoshda. Mudofaa tashkilotining universitet tadqiqotchilarini qo‘llab-quvvatlashi katta hajmdagi ma’lumotlar bilan ishlashda har qachongidan ham aqlliroq yondashuvni ishlab chiqishga qaratilgan.

Buferlash va parallel hisoblash Mana bu jamoalar ustida ishlayotgan yangi usullarga misollar. Boshqa ADA ().

O'tgan yili Buyuk Britaniya va Rossiyadan kelgan tadqiqotchilar guruhi bu turni muvaffaqiyatli namoyish etdi "Sehrli chang"ulardan tashkil topgan yorug'lik va materiya - pirovardida "ishlash" bo'yicha eng kuchli superkompyuterlardan ham ustun.

Britaniyaning Kembrij, Sautgempton va Kardiff universitetlari hamda Rossiyaning Skolkovo instituti olimlari kvant zarrachalaridan foydalanishdi. polaritonlaryorug'lik va materiya o'rtasidagi narsa sifatida belgilanishi mumkin. Bu kompyuterda hisoblash uchun mutlaqo yangi yondashuv. Olimlarning fikriga ko'ra, u turli sohalarda, masalan, biologiya, moliya va koinotga sayohat kabi hozirda hal qilib bo'lmaydigan savollarni echishga qodir bo'lgan yangi turdagi kompyuterning asosini tashkil qilishi mumkin. Tadqiqot natijalari Nature Materials jurnalida chop etilgan.

Esda tutingki, bugungi superkompyuterlar muammolarning faqat kichik bir qismini hal qila oladi. Hatto gipotetik kvant kompyuteri, agar u nihoyat qurilgan bo'lsa, eng murakkab muammolarni hal qilish uchun kvadratik tezlikni ta'minlaydi. Shu bilan birga, "peri chang"ini yaratuvchi qutblar lazer nurlari bilan galliy, mishyak, indiy va alyuminiy atomlari qatlamlarini faollashtirish orqali hosil bo'ladi.

Bu qatlamlardagi elektronlar ma'lum rangdagi yorug'likni yutadi va chiqaradi. Polaritonlar elektronlardan o'n ming marta engilroq va moddaning yangi holatini keltirib chiqarish uchun etarli zichlikka erisha oladi. Bose-Eynshteyn kondensati (sakkizta). Undagi polaritonlarning kvant fazalari sinxronlashtiriladi va yagona makroskopik kvant ob'ektini hosil qiladi, uni fotolyuminessensiya o'lchovlari bilan aniqlash mumkin.

8. Bose-Eynshteyn kondensatini ko'rsatuvchi syujet

Ma'lum bo'lishicha, bu alohida holatda qutbli kondensat kvant kompyuterlarini tavsiflashda biz aytib o'tgan optimallashtirish muammosini qubitga asoslangan protsessorlarga qaraganda ancha samarali hal qilishi mumkin. Britaniya-Rossiya tadqiqotlari mualliflari polaritonlarning kondensatsiyasi bilan ularning kvant fazalari murakkab funksiyaning mutlaq minimumiga mos keladigan konfiguratsiyada joylashishini ko'rsatdi.

"Biz murakkab muammolarni hal qilish uchun polariton uchastkalarining imkoniyatlarini o'rganishning boshida turibmiz", deb yozadi Nature Materials hammuallifi prof. Pavlos Lagoudakis, Sautgempton universitetining gibrid fotonika laboratoriyasi rahbari. "Biz hozirda qurilmamizni yuzlab tugunlarga kengaytirmoqdamiz va asosiy ishlov berish quvvatini sinab ko'rmoqdamiz."

Yorug'lik va materiyaning nozik kvant fazalari dunyosidan olingan ushbu tajribalarda hatto kvant protsessorlari ham noqulay va haqiqat bilan mustahkam bog'langan narsaga o'xshaydi. Ko'rib turganingizdek, olimlar nafaqat ertangi kunning superkompyuterlari va ertangi kunning mashinalari ustida ishlamoqda, balki ertaga nima bo'lishini allaqachon rejalashtirishmoqda.

Bu vaqtda exascalega erishish juda qiyin bo'ladi, keyin siz flop shkalasi bo'yicha keyingi bosqichlar haqida o'ylaysiz (9). Siz taxmin qilganingizdek, protsessorlar va xotirani qo'shishning o'zi etarli emas. Agar olimlarga ishonadigan bo'lsak, bunday kuchli hisoblash kuchiga erishish bizga saraton kasalligini ochish yoki astronomik ma'lumotlarni tahlil qilish kabi bizga ma'lum bo'lgan megamuammolarni hal qilish imkonini beradi.

9. Superkompyuterlarning kelajagi

Savolni javob bilan moslang

Keyin nima?

Xo'sh, kvant kompyuterlari bo'lsa, ular nima uchun ishlatilishi kerakligi haqida savollar tug'iladi. Qadimgi maqolga ko'ra, kompyuterlar ularsiz mavjud bo'lmagan muammolarni hal qiladi. Shunday qilib, biz birinchi navbatda ushbu futuristik supermashinalarni qurishimiz kerak. Keyin muammolar o'z-o'zidan paydo bo'ladi.

Kvant kompyuterlari qaysi sohalarda foydali bo'lishi mumkin?

Sun'iy intellekt. AI () tajriba orqali o'rganish printsipi bo'yicha ishlaydi, bu fikr-mulohazalar qabul qilinganda va kompyuter dasturi "aqlli" bo'lgunga qadar aniqroq bo'ladi. Fikr-mulohaza bir qator mumkin bo'lgan variantlarning ehtimolliklarini hisoblashga asoslanadi. Biz allaqachon bilamizki, Lockheed Martin, masalan, D-Wave kvant kompyuteridan hozirda klassik kompyuterlar uchun juda murakkab bo'lgan avtopilot dasturini sinab ko'rishni rejalashtirmoqda va Google kvant kompyuteridan avtomobillarni diqqatga sazovor joylardan ajrata oladigan dasturiy ta'minotni ishlab chiqishda foydalanmoqda. .

Molekulyar modellashtirish. Kvant kompyuterlari tufayli kimyoviy reaktsiyalar uchun optimal konfiguratsiyalarni qidirib, molekulyar o'zaro ta'sirlarni aniq modellashtirish mumkin bo'ladi. Kvant kimyosi shu qadar murakkabki, zamonaviy raqamli kompyuterlar faqat eng oddiy molekulalarni tahlil qila oladi. Kimyoviy reaksiyalar kvant tabiatiga ega, chunki ular bir-birining ustiga chiqadigan juda chigal kvant holatlarini hosil qiladi, shuning uchun to'liq ishlab chiqilgan kvant kompyuterlari hatto eng murakkab jarayonlarni ham osongina baholay oladi. Google allaqachon bu sohada ishlanmalarga ega - ular vodorod molekulasini modellashtirishgan. Natijada quyosh batareyalaridan tortib dori-darmonlargacha bo'lgan samaraliroq mahsulotlar bo'ladi.

Kriptografiya. Xavfsizlik tizimlari bugungi kunda samarali boshlang'ich avlodga bog'liq. Bunga raqamli kompyuterlar yordamida barcha mumkin bo'lgan omillarni ko'rib chiqish orqali erishish mumkin, ammo buni amalga oshirish uchun zarur bo'lgan juda ko'p vaqt "kodni buzish" ni qimmat va amaliy bo'lmaydi. Shu bilan birga, kvant kompyuterlari buni raqamli mashinalarga qaraganda ko'proq samarali amalga oshirishi mumkin, ya'ni bugungi xavfsizlik usullari tez orada eskiradi. Kvant chigalligining bir tomonlama tabiatidan foydalanish uchun ishlab chiqilayotgan istiqbolli kvant shifrlash usullari ham mavjud. Shahar bo'ylab tarmoqlar allaqachon bir nechta mamlakatlarda namoyish etilgan va yaqinda xitoylik olimlar orbital "kvant" sun'iy yo'ldoshidan o'ralgan fotonlarni uchta alohida tayanch stantsiyaga muvaffaqiyatli yuborayotganliklarini e'lon qilishdi.

Moliyaviy modellashtirish. Zamonaviy bozorlar mavjud bo'lgan eng murakkab tizimlardan biridir. Ularni tavsiflash va nazorat qilish uchun ilmiy-matematik apparatlar ishlab chiqilgan bo'lsa-da, ilmiy fanlar o'rtasidagi tub farq tufayli bunday faoliyatning samaradorligi hali ham ko'p jihatdan etarli emas: tajribalar o'tkazish mumkin bo'lgan boshqariladigan muhit mavjud emas. Ushbu muammoni hal qilish uchun investorlar va tahlilchilar kvant hisoblashlariga murojaat qilishdi. Darhol afzalliklardan biri shundaki, kvant kompyuterlariga xos bo'lgan tasodifiylik moliyaviy bozorlarning stokastik tabiatiga mos keladi. Investorlar ko'pincha tasodifiy yaratilgan juda ko'p sonli stsenariylarda natijalarning taqsimlanishini baholashni xohlashadi.

Ob-havo bashorati. NOAA bosh iqtisodchisi Rodni F. Weiherning ta'kidlashicha, AQSh YaIMning deyarli 30 foizi (6 trillion dollar) to'g'ridan-to'g'ri yoki bilvosita ob-havoga bog'liq. oziq-ovqat ishlab chiqarish, tashish va chakana savdo uchun. Shunday qilib, aurani yaxshiroq bashorat qilish qobiliyati tabiiy ofatlardan himoya qilish uchun ajratilgan ko'proq vaqtni hisobga olmaganda, ko'p sohalarda juda foydali bo'ladi. Buyuk Britaniyaning milliy meteorologiya bo'limi Met Office 2020 yildan boshlab hal qilinishi kerak bo'lgan quvvat va miqyoslilik ehtiyojlarini qondirish uchun bunday innovatsiyalarga sarmoya kiritishni boshladi va o'zining katta hajmdagi hisoblash ehtiyojlari haqida hisobot e'lon qildi.

Zarrachalar fizikasi. Qattiq zarrachalar fizikasi modellari ko'pincha juda murakkab, murakkab echimlar bo'lib, raqamli simulyatsiyalar uchun ko'p hisoblash vaqtini talab qiladi. Bu ularni kvant hisoblashlari uchun ideal qiladi va olimlar bunga allaqachon kapital qo'ygan. Innsbruk universiteti va Kvant optikasi va kvant axboroti instituti (IQOQI) tadqiqotchilari yaqinda ushbu simulyatsiyani amalga oshirish uchun dasturlashtiriladigan kvant tizimidan foydalanishdi. Nature nashriga ko‘ra, guruh kvant kompyuterining oddiy versiyasidan foydalangan, unda ionlar mantiqiy amallarni, har qanday kompyuter hisobining asosiy bosqichlarini bajargan. Simulyatsiya tasvirlangan fizikaning haqiqiy tajribalari bilan to'liq mos kelishini ko'rsatdi. - deydi nazariyotchi fizik Piter Zoller. -