L-orizzont ta 'l-ewwel - u lil hinn ...

Min-naħa waħda, għandhom jgħinuna negħlbu l-kanċer, inbassru b'mod preċiż it-temp, u nikkontrollaw il-fużjoni nukleari. Min-naħa l-oħra, hemm biżgħat li se jikkawżaw qerda globali jew jagħmlu skjavi lill-umanità. Fil-mument, madankollu, il-monsters komputazzjonali għadhom ma jistgħux jagħmlu ġid kbir u ħażen universali fl-istess ħin.

Fis-snin 60, l-aktar kompjuters effiċjenti kellhom is-setgħa megaflops (miljuni ta' operazzjonijiet b'punt li jvarja kull sekonda). L-ewwel kompjuter b'qawwa ta 'proċessar hawn fuq 1 GFLOPS (gigaflops) kien Cray 2, prodott minn Cray Research fl-1985. L-ewwel mudell b'qawwa ta 'proċessar 'l fuq minn 1 TFLOPS (teraflops) kien ASCI Aħmar, maħluqa minn Intel fl-1997. Qawwa 1 PFLOPS (petaflops) milħuqa roadrunner, maħruġa minn IBM fl-2008.

Ir-rekord attwali tal-qawwa tal-kompjuters jappartjeni lis-Sunway TaihuLight Ċiniż u huwa 9 PFLOPS.

Għalkemm, kif tistgħu taraw, l-aktar magni b'saħħithom għadhom ma laħqux mijiet ta 'petaflops, aktar u aktar sistemi exascaleli fiha s-setgħa għandha titqies exaflopsach (EFLOPS), i.e. madwar aktar minn 1018-il operazzjoni kull sekonda. Madankollu, disinji bħal dawn għadhom biss fl-istadju ta 'proġetti ta' gradi differenti ta 'sofistikazzjoni.

TNAQQIS (, operazzjonijiet b'punt li jvarja kull sekonda) hija unità ta' qawwa tal-kompjuter użata primarjament f'applikazzjonijiet xjentifiċi. Huwa aktar versatili mill-blokk MIPS użat qabel, li jfisser in-numru ta 'struzzjonijiet tal-proċessur kull sekonda. Flop mhuwiex SI, iżda jista' jiġi interpretat bħala unità ta' 1/s.

Għandek bżonn exascale għall-kanċer

Exaflops, jew elf petaflops, huwa aktar mill-aqwa XNUMX superkompjuter kollha flimkien. Ix-xjentisti jittamaw li ġenerazzjoni ġdida ta 'magni b'tali qawwa ġġib skoperti f'diversi oqsma.

Il-qawwa tal-kompjuter exascale flimkien ma 'teknoloġiji ta' tagħlim tal-magni li javvanzaw malajr għandhom jgħinu, pereżempju, fl-aħħar xaqq il-kodiċi tal-kanċer. L-ammont ta 'dejta li għandu jkollhom it-tobba sabiex jiddijanjostikaw u jittrattaw il-kanċer huwa tant kbir li huwa diffiċli għall-kompjuters konvenzjonali biex ilaħħqu mal-kompitu. Fi studju tipiku ta 'bijopsija ta' tumur wieħed, jittieħdu aktar minn 8 miljun kejl, li matulu t-tobba janalizzaw l-imġieba tat-tumur, ir-rispons tiegħu għat-trattament farmakoloġiku, u l-effett fuq il-ġisem tal-pazjent. Dan huwa oċean reali ta 'data.

qal Rick Stevens tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti (DOE) Argonne Laboratory. -

Li jgħaqqdu r-riċerka medika mal-qawwa tal-kompjuter, ix-xjentisti qed jaħdmu biex XEMGĦA sistema tan-netwerk newrali (). Dan jippermettilek tbassar u tiżviluppa pjan ta’ trattament imfassal għall-bżonnijiet individwali ta’ kull pazjent. Dan se jgħin lix-xjentisti jifhmu l-bażi molekulari tal-interazzjonijiet ewlenin tal-proteini, jiżviluppaw mudelli ta 'rispons għall-mediċina ta' tbassir, u jissuġġerixxu strateġiji ta 'trattament ottimali. Argonne jemmen li s-sistemi exascale se jkunu jistgħu jmexxu l-applikazzjoni CANDLE 50 sa 100 darba aktar malajr mill-aktar supermachines qawwija magħrufa llum.

Għalhekk, aħna ħerqana għad-dehra ta 'superkompjuters exascale. Madankollu, l-ewwel verżjonijiet mhux bilfors jidhru fl-Istati Uniti. Naturalment, l-Istati Uniti tinsab fit-tellieqa biex toħloqhom, u l-gvern lokali fi proġett magħruf bħala Aurora tikkoopera ma 'AMD, IBM, Intel u Nvidia, tistinka biex taqbeż il-kompetituri barranin. Madankollu, dan mhux mistenni li jseħħ qabel l-2021. Sadanittant, f'Jannar 2017, esperti Ċiniżi ħabbru l-ħolqien ta 'prototip exascale. Mudell li jaħdem bis-sħiħ ta' dan it-tip ta' unità komputazzjonali huwa - tianhe-3 - madankollu, huwa improbabbli li tkun lesta fil-ftit snin li ġejjin.

Iċ-Ċiniżi jżommu stretti

Il-fatt hu li mill-2013 'l hawn, l-iżviluppi Ċiniżi qabdu l-lista tal-aktar kompjuters b'saħħithom fid-dinja. Huwa ddomina għas-snin tianhe-2u issa l-palma tappartjeni lill-imsemmija Sunway TaihuLight. Huwa maħsub li dawn iż-żewġ magni l-aktar qawwija fir-Renju Nofsani huma ħafna aktar b'saħħithom mill-wieħed u għoxrin superkompjuters kollha fid-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti.

Ix-xjentisti Amerikani, ovvjament, iridu jerġgħu jiksbu l-pożizzjoni ta’ tmexxija li kellhom ħames snin ilu, u qed jaħdmu fuq sistema li tippermettilhom jagħmlu dan. Qed jinbena fil-Laboratorju Nazzjonali Oak Ridge fi Tennessee. Samit (2), superkompjuter skedat għall-ikkummissjonar aktar tard din is-sena. Tisboq il-qawwa ta 'Sunway TaihuLight. Se tintuża biex tittestja u tiżviluppa materjali ġodda li huma aktar b'saħħithom u eħfef, biex tissimula l-intern tad-Dinja bl-użu ta 'mewġ akustiku, u biex tappoġġja proġetti astrofiżiċi li jinvestigaw l-oriġini tal-univers.

2. Pjan ġeografiku tas-superkompjuter tas-Summit

Fil-Laboratorju Nazzjonali Argonne msemmi, ix-xjentisti dalwaqt jippjanaw li jibnu apparat saħansitra aktar mgħaġġel. Magħruf bħala A21Il-prestazzjoni hija mistennija tilħaq 200 petaflops.

Il-Ġappun qed jieħu sehem ukoll fit-tellieqa tas-superkompjuters. Għalkemm dan l-aħħar ġie kemmxejn mgħotti mir-rivalità bejn l-Istati Uniti u ċ-Ċina, huwa dan il-pajjiż li qed jippjana li jniedi Sistema ABC (), li joffri 130 petaflops ta 'enerġija. Il-Ġappuniżi jittamaw li superkompjuter bħal dan jista 'jintuża biex tiżviluppa AI (intelliġenza artifiċjali) jew tagħlim fil-fond.

Sadanittant, il-Parlament Ewropew għadu kif iddeċieda li jibni superkompjuter ta’ biljun ewro tal-UE. Dan il-mostru tal-kompjuter se jibda l-ħidma tiegħu għaċ-ċentri ta’ riċerka tal-kontinent tagħna fil-bidu tal-2022 u l-2023. Il-magna se tkun mibnija ġewwa Proġett EuroGPKu l-kostruzzjoni tagħha se tkun iffinanzjata mill-Istati Membri – għalhekk il-Polonja se tipparteċipa wkoll f’dan il-proġett. Il-qawwa mbassra tagħha hija komunement imsejħa "pre-exascale".

S'issa, skont il-klassifika tal-2017, mill-ħames mitt superkompjuters l-aktar mgħaġġla fid-dinja, iċ-Ċina għandha 202 magni bħal dawn (40%), filwaqt li l-Amerika tikkontrolla 144 (29%).

Iċ-Ċina tuża wkoll 35% tal-qawwa tal-kompjuters tad-dinja meta mqabbla ma '30% fl-Istati Uniti. Il-pajjiżi li jmiss bl-aktar superkompjuters fil-lista huma l-Ġappun (35 sistema), il-Ġermanja (20), Franza (18) u r-Renju Unit (15). Ta 'min jinnota li, irrispettivament mill-pajjiż ta' oriġini, il-ħames mija mill-aktar superkompjuters b'saħħithom jużaw verżjonijiet differenti tal-Linux ...

Huma jiddisinjaw huma stess

Is-superkompjuters diġà huma għodda siewja li tappoġġja l-industriji tax-xjenza u t-teknoloġija. Huma jippermettu lir-riċerkaturi u l-inġiniera jagħmlu progress kostanti (u xi kultant saħansitra qabżiet kbar 'il quddiem) f'oqsma bħall-bijoloġija, it-tbassir tat-temp u l-klima, l-astrofiżika u l-armi nukleari.

Il-bqija jiddependi fuq il-qawwa tagħhom. Matul l-għexieren ta’ snin li ġejjin, l-użu tas-superkompjuters jista’ jibdel b’mod sinifikanti s-sitwazzjoni ekonomika, militari u ġeopolitika ta’ dawk il-pajjiżi li għandhom aċċess għal din it-tip ta’ infrastruttura avvanzata.

Il-progress f'dan il-qasam huwa tant mgħaġġel li d-disinn ta' ġenerazzjonijiet ġodda ta' mikroproċessuri diġà sar wisq diffiċli anke għal bosta riżorsi umani. Għal din ir-raġuni, softwer tal-kompjuter u superkompjuters avvanzati qed ikollhom dejjem aktar rwol ewlieni fl-iżvilupp tal-kompjuters, inklużi dawk bil-prefiss "super".

3. Superkompjuter Ġappuniż

Il-kumpaniji farmaċewtiċi dalwaqt se jkunu jistgħu joperaw bis-sħiħ bis-saħħa tas-superpotenzi tal-kompjuters jipproċessaw numru kbir ta’ ġenomi umani, annimali u pjanti li se jgħinu biex jinħolqu mediċini u trattamenti ġodda għal diversi mard.

Raġuni oħra (fil-fatt waħda minn dawk ewlenin) għaliex il-gvernijiet qed jinvestu tant fl-iżvilupp tas-superkompjuters. Vetturi aktar effiċjenti se jgħinu lill-mexxejja militari futuri jiżviluppaw strateġiji ċari ta 'ġlieda fi kwalunkwe sitwazzjoni ta' ġlieda, jippermettu l-iżvilupp ta 'sistemi ta' armi aktar effettivi, u jappoġġaw ukoll l-infurzar tal-liġi u l-aġenziji tal-intelliġenza biex jidentifikaw theddid potenzjali minn qabel.

Mhux biżżejjed qawwa għas-simulazzjoni tal-moħħ

Superkompjuters ġodda għandhom jgħinu biex jiddeċifraw is-superkompjuter naturali magħruf magħna għal żmien twil - il-moħħ tal-bniedem.

Tim internazzjonali ta’ xjenzati reċentement żviluppa algoritmu li jirrappreżenta pass ġdid importanti fl-immudellar tal-konnessjonijiet newrali tal-moħħ. Ġdid MHUX-algoritmu, deskritt f'dokument ta 'aċċess miftuħ ippubblikat fi Frontiers in Neuroinformatics, huwa mistenni li jissimula 100 biljun newroni interkonnessi fil-moħħ tal-bniedem fuq superkompjuters. Xjentisti miċ-ċentru ta 'riċerka Ġermaniż Jülich, l-Università Norveġiża tax-Xjenzi tal-Ħajja, l-Università ta' Aachen, l-Istitut RIKEN Ġappuniż u l-Istitut Rjali tat-Teknoloġija KTH fi Stokkolma kienu involuti fix-xogħol.

Mill-2014, simulazzjonijiet tan-netwerk newrali fuq skala kbira ilhom għaddejjin fuq is-superkompjuters RIKEN u JUQUEEN fiċ-Ċentru tas-Supercomputing Jülich fil-Ġermanja, li jissimulaw il-konnessjonijiet ta 'madwar 1% tan-newroni fil-moħħ tal-bniedem. Għaliex biss daqstant? Jistgħu s-superkompjuters jissimulaw il-moħħ kollu?

Susanne Kunkel mill-kumpanija Svediża KTH tispjega.

Matul is-simulazzjoni, potenzjal ta 'azzjoni tan-newroni (impulsi elettriċi qosra) għandu jintbagħat lil madwar il-100 persuna kollha. kompjuters żgħar imsejħa nodi, kull waħda mgħammra b'numru ta 'proċessuri li jwettqu l-kalkoli attwali. Kull nodu jiċċekkja liema minn dawn l-impulsi huma relatati man-newroni virtwali li jeżistu f'dan in-nodu.

4. L-immudellar tal-konnessjonijiet tal-moħħ tan-newroni, i.e. aħna biss fil-bidu tal-vjaġġ (1%)

Ovvjament, l-ammont ta 'memorja tal-kompjuter meħtieġa mill-proċessuri għal dawn il-bits addizzjonali għal kull newron jiżdied mad-daqs tan-netwerk newrali. Biex tmur lil hinn mis-simulazzjoni ta' 1% tal-moħħ tal-bniedem kollu (4) ikun jeħtieġ XNUMX darba aktar memorja minn dak li huwa disponibbli fis-superkompjuters kollha llum. Għalhekk, ikun possibbli li titkellem dwar il-kisba ta 'simulazzjoni tal-moħħ kollu biss fil-kuntest ta' superkompjuters exascale futuri. Dan huwa fejn għandu jaħdem l-algoritmu NEST tal-ġenerazzjoni li jmiss.

TOP-5 superkompjuters tad-dinja

1. Sunway TaihuLight – Superkompjuter 93 PFLOPS imniedi fl-2016 f'Wuxi, iċ-Ċina. Minn Ġunju 2016, ilha fuq il-lista TOP500 ta 'superkompjuters bl-ogħla qawwa tal-kompjuters fid-dinja.

2. Tianhe-2 (Mixja tal-Ħalib-2) huwa superkompjuter b'qawwa tal-kompjuter ta' 33,86 PFLOPS mibni minn NUDT () fiċ-Ċina. Minn Ġunju 2013

sa Ġunju 2016, kien l-aktar superkompjuter veloċi fid-dinja.

3. Piz Daint - disinn żviluppat minn Cray, installat fiċ-Ċentru Nazzjonali Żvizzeru tas-Supercomputing (). Dan l-aħħar ġie aġġornat - l-aċċeleraturi Nvidia Tesla K20X ġew sostitwiti b'oħrajn ġodda, Tesla P100, li għamilha possibbli li tiżdied il-qawwa tal-kompjuter minn 2017 għal 9,8 PFLOPS fis-sajf tal-19,6.

4. Gyokou huwa superkompjuter żviluppat minn ExaScaler u PEZY Computing. Jinsabu fl-Aġenzija tal-Ġappun għax-Xjenza u t-Teknoloġija tal-Baħar (JAMSTEC) tal-Istitut tal-Ġeosjenzi ta' Yokohama; fl-istess art bħas-simulatur tad-Dinja. Qawwa: 19,14 PFLOPs.

5. Titan huwa superkompjuter 17,59 PFLOPS manifatturat minn Cray Inc. u mnedija f'Ottubru 2012 fil-Laboratorju Nazzjonali Oak Ridge fl-Istati Uniti. Minn Novembru 2012 sa Ġunju 2013, Titan kien l-aktar superkompjuter veloċi fid-dinja. Bħalissa jinsab fil-ħames post, iżda għadu l-aktar superkompjuter veloċi fl-Istati Uniti.

Huma jikkompetu wkoll għas-supremazija fil-kwantum

IBM temmen li fil-ħames snin li ġejjin, mhux superkompjuters ibbażati fuq ċipep tas-silikon tradizzjonali, iżda se jibdew ixandru. L-industrija għadha qed tibda tifhem kif jistgħu jintużaw il-kompjuters quantum, skont ir-riċerkaturi tal-kumpanija. L-inġiniera mistennija jiskopru l-ewwel applikazzjonijiet ewlenin għal dawn il-magni f’ħames snin biss.

Kompjuters Quantum jużaw unità tal-kompjuters imsejħa kubitu. Semikondutturi ordinarji jirrappreżentaw informazzjoni fil-forma ta 'sekwenzi ta' 1 u 0, filwaqt li l-qubits juru proprjetajiet quantum u jistgħu simultanjament iwettqu kalkoli bħala 1 u 0. Dan ifisser li żewġ qubits jistgħu jirrappreżentaw simultanjament sekwenzi ta '1-0, 1-1, 0-1. . ., 0-0. Il-qawwa tal-kompjuter tikber b'mod esponenzjali ma 'kull qubit, għalhekk teoretikament kompjuter quantum b'50 qubit biss jista' jkollu aktar saħħa tal-ipproċessar mis-superkompjuters l-aktar qawwija tad-dinja.

D-Wave Systems diġà qed tbigħ kompjuter quantum, li minnhom jingħad li hemm 2. qubits. Madankollu Kopji D-Wave(5) huma dibattibbli. Għalkemm xi riċerkaturi għamlu użu tajjeb minnhom, xorta ma qabżux il-kompjuters klassiċi u huma utli biss għal ċerti klassijiet ta 'problemi ta' ottimizzazzjoni.

5. Kompjuters quantum D-Wave

Ftit xhur ilu, il-Google Quantum AI Lab wera proċessur quantum ġdid ta’ 72 qubit imsejjaħ koni tal-lanżit (6). Dan jista 'malajr jikseb "supremazija kwantika" billi jaqbeż superkompjuter klassiku, għall-inqas meta tiġi biex issolvi xi problemi. Meta proċessur quantum juri rata ta 'żball biżżejjed baxxa fit-tħaddim, jista' jkun aktar effiċjenti minn superkompjuter klassiku b'kompitu tal-IT definit tajjeb.

6. Bristlecone 72 qubit quantum proċessur

Li jmiss kien il-proċessur Google, għaliex f'Jannar, per eżempju, Intel ħabbret is-sistema quantum tagħha ta '49-qubit, u aktar kmieni IBM introduċiet verżjoni ta' 50-qubit. ċippa intellettwali, Twil, huwa innovattiv b'modi oħra wkoll. Huwa l-ewwel ċirkwit integrat "newromorfiku" iddisinjat biex jimita kif il-moħħ tal-bniedem jitgħallem u jifhem. Hija "funzjonali bis-sħiħ" u se tkun disponibbli għall-imsieħba tar-riċerka aktar tard din is-sena.

Madankollu, dan huwa biss il-bidu, għaliex sabiex tkun tista 'tittratta monsters tas-silikon, għandek bżonn z miljuni ta’ qubits. Grupp ta 'xjentisti fl-Università Teknika Olandiża f'Delft jittamaw li l-mod biex tinkiseb tali skala huwa l-użu tas-silikon fil-kompjuters quantum, minħabba li l-membri tagħhom sabu soluzzjoni kif jużaw is-silikon biex joħolqu proċessur quantum programmabbli.

Fl-istudju tagħhom, ippubblikat fil-ġurnal Nature, it-tim Olandiż ikkontrolla r-rotazzjoni ta 'elettron wieħed bl-użu tal-enerġija microwave. Fis-silikon, l-elettron se jdur 'l fuq u' l isfel fl-istess ħin, b'mod effettiv jżommu f'postu. Ladarba dan intlaħaq, it-tim qabbad żewġ elettroni flimkien u pprogrammahom biex imexxu algoritmi tal-kwantum.

Kien possibbli li tinħoloq fuq il-bażi tas-silikon proċessur quantum b'żewġ bit.

Dr Tom Watson, wieħed mill-awturi tal-istudju, spjega lill-BBC. Jekk Watson u t-tim tiegħu jirnexxilhom jgħaqqdu saħansitra aktar elettroni, dan jista 'jwassal għal ribelljoni. proċessuri qubitdan se jġibna pass eqreb lejn il-kompjuters quantum tal-futur.

- Min jibni kompjuter quantum li jiffunzjona bis-sħiħ se jmexxi d-dinja Manas Mukherjee ta 'l-Università Nazzjonali ta' Singapor u investigatur prinċipali fiċ-Ċentru Nazzjonali għat-Teknoloġija Quantum qal dan l-aħħar f'intervista. It-tellieqa bejn l-akbar kumpaniji tat-teknoloġija u laboratorji ta 'riċerka bħalissa hija ffukata fuq l-hekk imsejħa supremazija kwantistika, il-punt li fih kompjuter quantum jista 'jwettaq kalkoli lil hinn minn kull ħaġa li l-kompjuters moderni l-aktar avvanzati jistgħu joffru.

L-eżempji ta 'hawn fuq tal-kisbiet ta' Google, IBM u Intel jindikaw li kumpaniji mill-Istati Uniti (u għalhekk l-istat) jiddominaw f'dan il-qasam. Madankollu, Alibaba Cloud taċ-Ċina reċentement nediet pjattaforma ta 'cloud computing ta' 11-qubit li tippermetti lix-xjenzati jittestjaw algoritmi quantum ġodda. Dan ifisser li ċ-Ċina fil-qasam tal-blokki tal-komputazzjoni kwantistika wkoll ma tkoprix il-lanġas bl-irmied.

Madankollu, l-isforzi biex jinħolqu superkompjuters quantum mhumiex biss entużjasti dwar possibbiltajiet ġodda, iżda wkoll jikkawżaw kontroversja.

Ftit xhur ilu, waqt il-Konferenza Internazzjonali dwar it-Teknoloġiji Quantum f’Moska, Alexander Lvovsky (7) miċ-Ċentru Quantum Russu, li huwa wkoll professur tal-fiżika fl-Università ta’ Calgary fil-Kanada, qal li l-kompjuters quantum għodda tal-qerdamingħajr ma toħloq.

7. Il-Professur Alexander Lvovsky

Xi ried ifisser? L-ewwelnett, is-sigurtà diġitali. Bħalissa, l-informazzjoni diġitali sensittiva kollha trażmessa fuq l-Internet hija kkodifikata biex tipproteġi l-privatezza tal-partijiet interessati. Diġà rajna każijiet fejn il-hackers jistgħu jinterċettaw din id-dejta billi jiksru l-encryption.

Skont Lvov, id-dehra ta’ kompjuter quantum tagħmilha aktar faċli għaċ-ċiberkriminali biss. L-ebda għodda ta 'kriptaġġ magħrufa llum ma tista' tipproteġi lilha nnifisha mill-qawwa tal-ipproċessar ta 'kompjuter quantum reali.

Ir-rekords mediċi, l-informazzjoni finanzjarja, u anke s-sigrieti tal-gvernijiet u l-organizzazzjonijiet militari jkunu disponibbli f'taġen, li jkun ifisser, kif jinnota Lvovsky, li teknoloġija ġdida tista 'thedded l-ordni dinjija kollha. Esperti oħra jemmnu li l-biżgħat tar-Russi huma infondati, peress li l-ħolqien ta 'superkompjuter quantum reali se jippermetti wkoll tibda kriptografija kwantistika, huwa meqjus indestructible.

Approċċ ieħor

Minbarra t-teknoloġiji tal-kompjuter tradizzjonali u l-iżvilupp ta 'sistemi quantum, diversi ċentri qed jaħdmu fuq metodi oħra ta' bini ta 'superkompjuters tal-futur.

L-aġenzija Amerikana DARPA tiffinanzja sitt ċentri għal soluzzjonijiet alternattivi tad-disinn tal-kompjuter. L-arkitettura użata fil-magni moderni tissejjaħ konvenzjonalment arkitettura von NeumannOh, diġà għandu sebgħin sena. L-appoġġ tal-organizzazzjoni tad-difiża għar-riċerkaturi universitarji għandu l-għan li jiżviluppa approċċ aktar intelliġenti għall-immaniġġjar ta 'ammonti kbar ta' dejta minn qatt qabel.

Buffering u kompjuters paralleli Hawn huma xi eżempji tal-metodi l-ġodda li qed jaħdmu fuqhom dawn it-timijiet. Ieħor ADA (), li tissimplifika l-iżvilupp tal-applikazzjoni billi tikkonverti komponenti tas-CPU u tal-memorja b'moduli f'assemblaġġ wieħed, aktar milli tittratta kwistjonijiet tal-konnessjoni tagħhom fuq il-motherboard.

Is-sena li għaddiet, tim ta 'riċerkaturi mir-Renju Unit u r-Russja wera b'suċċess li t-tip "Trab Maġiku"li minnhom huma komposti dawl u materja - fl-aħħar mill-aħħar superjuri fil-"prestazzjoni" anke għall-aktar superkompjuters b'saħħithom.

Ix-xjentisti mill-universitajiet Brittaniċi ta’ Cambridge, Southampton u Cardiff u l-Istitut Russu ta’ Skolkovo użaw partiċelli quantum magħrufa bħala tal-polaritonli tista’ tiġi definita bħala xi ħaġa bejn id-dawl u l-materja. Dan huwa approċċ kompletament ġdid għall-kompjuters. Skont ix-xjenzati, jista’ jifforma l-bażi ta’ tip ġdid ta’ kompjuter li kapaċi jsolvi mistoqsijiet li bħalissa ma jistgħux jissolvew – f’diversi oqsma, bħall-bijoloġija, il-finanzi u l-ivvjaġġar spazjali. Ir-riżultati tal-istudju huma ppubblikati fil-ġurnal Nature Materials.

Ftakar li s-superkompjuters tal-lum jistgħu jimmaniġġjaw biss frazzjoni żgħira tal-problemi. Anke kompjuter quantum ipotetiku, jekk finalment jinbena, fl-aħjar se jipprovdi veloċità kwadratika biex isolvi l-aktar problemi kumplessi. Sadanittant, il-polaritons li joħolqu "trab tal-fairy" huma maħluqa billi jiġu attivati ​​saffi ta 'gallju, arseniku, indju, u atomi tal-aluminju b'raġġi tal-laser.

L-elettroni f'dawn is-saffi jassorbu u jarmu dawl ta 'ċertu kulur. Il-polaritoni huma għaxart elef darba eħfef mill-elettroni u jistgħu jilħqu densità suffiċjenti biex jagħtu lok għal stat ġdid ta’ materja magħruf bħala Kondensat Bose-Einstein (8). Il-fażijiet quantum ta 'polaritons fiha huma sinkronizzati u jiffurmaw oġġett kwantiku makroskopiku wieħed, li jista' jiġi skopert permezz ta 'kejl fotoluminixxenti.

8. Plot li juri kondensat Bose-Einstein

Jirriżulta li f'dan l-istat partikolari, kondensat polariton jista 'jsolvi l-problema ta' ottimizzazzjoni li semmejna meta tiddeskrivi l-kompjuters quantum b'mod ħafna aktar effiċjenti minn proċessuri bbażati fuq qubit. L-awturi ta 'studji Brittaniċi-Russi wrew li hekk kif il-polaritons jikkondensaw, il-fażijiet quantum tagħhom huma rranġati f'konfigurazzjoni li tikkorrispondi għall-minimu assolut ta' funzjoni kumplessa.

"Qegħdin fil-bidu ta 'l-esplorazzjoni tal-potenzjal ta' plottijiet polariton għas-soluzzjoni ta 'problemi kumplessi," jikteb il-ko-awtur ta' Nature Materials Prof. Pavlos Lagoudakis, Kap tal-Laboratorju ta' Fotonika Ibrida fl-Università ta' Southampton. "Bħalissa qed niskalaw it-tagħmir tagħna għal mijiet ta' nodi filwaqt li nittestjaw il-qawwa tal-ipproċessar sottostanti."

F'dawn l-esperimenti mid-dinja ta 'fażijiet quantum sottili ta' dawl u materja, anke proċessuri quantum jidhru li huma xi ħaġa goffa u konnessi sew mar-realtà. Kif tistgħu taraw, ix-xjenzati mhux biss qed jaħdmu fuq is-superkompjuters ta’ għada u l-magni ta’ wara għada, imma diġà qed jippjanaw x’se jiġri wara għada.

F'dan il-punt li tilħaq l-exascale se tkun pjuttost sfida, allura taħseb dwar it-tragwardi li jmiss fuq l-iskala tal-flop (9). Kif inti forsi guessed, sempliċement iż-żieda ta 'proċessuri u memorja ma' dak mhux biżżejjed. Jekk iridu jemmnu x-xjentisti, il-kisba ta' qawwa tal-kompjuter b'saħħitha bħal din tippermettilna nsolvu megaproblemi magħrufa minna, bħad-deċifrar tal-kanċer jew l-analiżi tad-dejta astronomika.

9. Il-futur tas-supercomputing

Qabbel il-mistoqsija mat-tweġiba

Xi jmiss?

Ukoll, fil-każ tal-kompjuters quantum, iqumu mistoqsijiet dwar għalxiex għandhom jintużaw. Skont il-qawl antik, il-kompjuters isolvu problemi li ma kinux jeżistu mingħajrhom. Allura l-ewwel għandna nibnu dawn is-supermagni futuristiċi. Imbagħad il-problemi jinqalgħu waħedhom.

F'liema oqsma jistgħu l-kompjuters quantum ikunu utli?

Inteliġenza artifiċjali. AI () jaħdem fuq il-prinċipju tat-tagħlim permezz tal-esperjenza, li jsir aktar u aktar preċiż hekk kif ir-rispons jiġi riċevut u sakemm il-programm tal-kompjuter isir "intelliġenti". Ir-rispons huwa bbażat fuq kalkoli tal-probabbiltajiet ta 'numru ta' għażliet possibbli. Diġà nafu li Lockheed Martin, pereżempju, qed tippjana li tuża l-kompjuter quantum D-Wave tagħha biex tittestja softwer tal-awtopilota li bħalissa huwa kumpless wisq għal kompjuters klassiċi, u Google qed tuża kompjuter quantum biex tiżviluppa softwer li jista 'jiddistingwi l-karozzi minn postijiet familjari. .

Immudellar molekulari. Grazzi għall-kompjuters quantum, se jkun possibbli li jiġu mmudellati b'mod preċiż l-interazzjonijiet molekulari, billi tfittex l-aħjar konfigurazzjonijiet għal reazzjonijiet kimiċi. Il-kimika kwantika hija tant kumplessa li l-kompjuters diġitali moderni jistgħu janalizzaw biss l-aktar molekuli sempliċi. Ir-reazzjonijiet kimiċi huma ta’ natura kwantistika minħabba li joħolqu stati kwantitiċi mħabblin ħafna li jikkoinċidu lil xulxin, u għalhekk kompjuters quantum żviluppati bis-sħiħ jistgħu faċilment jevalwaw anke l-aktar proċessi kumplessi. Google diġà għandha żviluppi f'dan il-qasam - immudellaw il-molekula tal-idroġenu. Ir-riżultat se jkunu prodotti aktar effiċjenti, minn pannelli solari għal mediċini.

Kriptografija. Is-sistemi tas-sigurtà llum jiddependu fuq ġenerazzjoni primarja effiċjenti. Dan jista 'jinkiseb b'kompjuters diġitali billi wieħed iħares lejn kull fattur possibbli, iżda l-ammont kbir ta' ħin meħtieġ biex isir dan jagħmilha għalja u mhux prattiku li "tkisser il-kodiċi". Sadanittant, il-kompjuters quantum jistgħu jagħmlu dan b'mod esponenzjali, b'mod aktar effiċjenti minn magni diġitali, li jfisser li l-metodi tas-sigurtà tal-lum dalwaqt se jsiru skaduti. Hemm ukoll metodi promettenti ta 'kodifikazzjoni quantum li qed jiġu żviluppati biex jieħdu vantaġġ min-natura unidirezzjonali tat-tħabbil quantum. Netwerks tal-belt kollha diġà ġew murija f'diversi pajjiżi, u xjentisti Ċiniżi reċentement ħabbru li qed jibagħtu b'suċċess fotoni mħabblin minn satellita "quantum" li orbita lejn tliet stazzjonijiet bażi separati lura lejn id-Dinja.

Immudellar finanzjarju. Is-swieq moderni huma fost l-aktar sistemi kumplessi li jeżistu. Għalkemm l-apparat xjentifiku u matematiku għad-deskrizzjoni u l-kontroll tagħhom ġie żviluppat, l-effettività ta 'attivitajiet bħal dawn għadha fil-biċċa l-kbira insuffiċjenti minħabba d-differenza fundamentali bejn id-dixxiplini xjentifiċi: m'hemm l-ebda ambjent ikkontrollat ​​li fih jistgħu jitwettqu esperimenti. Biex issolvi din il-problema, l-investituri u l-analisti daru għall-komputazzjoni kwantistika. Benefiċċju immedjat wieħed huwa li r-randomness inerenti fil-kompjuters quantum hija konsistenti man-natura stokastika tas-swieq finanzjarji. L-investituri ħafna drabi jridu jevalwaw id-distribuzzjoni tar-riżultati f'numru kbir ħafna ta 'xenarji ġenerati b'mod każwali.

Tbassir tat-temp. L-Ekonomista Ewlieni tal-NOAA Rodney F. Weiher isostni li kważi 30% tal-PGD tal-Istati Uniti ($ 6 triljun) huwa direttament jew indirettament dipendenti fuq it-temp. għall-produzzjoni tal-ikel, trasport u bejgħ bl-imnut. Għalhekk, il-kapaċità li wieħed ibassar aħjar l-aura tkun utli ħafna f'ħafna oqsma, biex ma nsemmux iż-żmien itwal allokat għall-protezzjoni tad-diżastri naturali. Il-fergħa meteoroloġika nazzjonali tar-Renju Unit, il-Met Office, diġà bdiet tinvesti f'innovazzjonijiet bħal dawn biex tissodisfa l-ħtiġijiet tal-qawwa u l-iskalabbiltà li se jkollha tittratta magħhom mill-2020 'il quddiem, u ppubblikat rapport dwar il-ħtiġijiet tal-kompjuters exascale tagħha stess.

Fiżika tal-partiċelli. Mudelli tal-fiżika tal-partiċelli solidi ħafna drabi huma soluzzjonijiet estremament kumplessi u kkomplikati li jeħtieġu ħafna ħin ta 'komputazzjoni għal simulazzjonijiet numeriċi. Dan jagħmilhom ideali għall-komputazzjoni quantum, u x-xjenzati diġà kkapitalizzaw fuq dan. Riċerkaturi fl-Università ta 'Innsbruck u l-Istitut għall-Ottika Quantum u l-Informazzjoni Quantum (IQOQI) reċentement użaw sistema quantum programmabbli biex iwettqu din is-simulazzjoni. Skont pubblikazzjoni f'Nature, il-grupp uża verżjoni sempliċi ta 'kompjuter quantum li fih jonji wettqu operazzjonijiet loġiċi, il-passi bażiċi ta' kwalunkwe kalkolu tal-kompjuter. Is-simulazzjoni wriet qbil sħiħ mal-esperimenti reali tal-fiżika deskritta. jgħid il-fiżiku teoretiku Peter Zoller. -