Horizont nekadašnjeg - i dalje...
SadrÅŸaj
S jedne strane, oni bi nam trebali pomoÄi da pobijedimo rak, precizno predvidimo vrijeme i ovladamo nuklearnom fuzijom. S druge strane, postoji bojazan da Äe izazvati globalno uniÅ¡tenje ili porobiti ÄovjeÄanstvo. U ovom trenutku, meÄutim, kompjuterska ÄudoviÅ¡ta joÅ¡ uvijek nisu u stanju Äiniti veliko dobro i univerzalno zlo u isto vrijeme.
Å ezdesetih godina, najefikasniji raÄunari su imali snagu megaflops (milioni operacija s pomiÄnim zarezom u sekundi). Prvi raÄunar sa procesorskom snagom viÅ¡i 1 GFLOPS (gigaflops) bio Cray 2, koju je proizvela Cray Research 1985. godine. Prvi model sa procesorskom snagom iznad 1 TFLOPS (teraflops) je bio ASCI Red, koju je kreirao Intel 1997. Dostignuta snaga 1 PFLOPS (petaflops). roadrunner, koju je IBM objavio 2008.
Trenutni rekord raÄunarske snage pripada kineskom Sunway TaihuLightu i iznosi 9 PFLOPS.
Iako, kao Å¡to vidite, najmoÄnije maÅ¡ine joÅ¡ nisu dostigle stotine petaflopa, sve viÅ¡e exascale sistemipri Äemu se mora uzeti u obzir snaga exaflopsach (EFLOPS), tj. oko viÅ¡e od 1018 operacija u sekundi. MeÄutim, takve strukture su joÅ¡ samo u fazi projekata razliÄitog stepena sofisticiranosti.
REDUCTIONS (, operacije s pomiÄnim zarezom u sekundi) je jedinica raÄunarske snage koja se prvenstveno koristi u nauÄnim aplikacijama. Svestraniji je od prethodno koriÅ¡tenog MIPS bloka, Å¡to znaÄi broj procesorskih instrukcija u sekundi. Flop nije SI, ali se moÅŸe tumaÄiti kao jedinica od 1/s.
Potrebna vam je eksaskala za rak
Eksaflops, ili hiljadu petaflopa, viÅ¡e je od svih XNUMX najboljih superkompjutera zajedno. NauÄnici se nadaju da Äe nova generacija maÅ¡ina sa takvom snagom donijeti proboj u raznim oblastima.
Exascale procesorska snaga u kombinaciji s brzo napredujuÄim tehnologijama strojnog uÄenja trebala bi pomoÄi, na primjer, konaÄno provaliti kod raka. KoliÄina podataka koju doktori moraju imati kako bi dijagnosticirali i lijeÄili rak je toliko ogromna da se obiÄni kompjuteri teÅ¡ko nose sa zadatkom. U tipiÄnoj studiji biopsije jednog tumora, vrÅ¡i se viÅ¡e od 8 miliona mjerenja, tokom kojih lijeÄnici analiziraju ponaÅ¡anje tumora, njegov odgovor na farmakoloÅ¡ki tretman i uÄinak na tijelo pacijenta. Ovo je pravi okean podataka.
rekao je Rick Stevens iz Argonne laboratorije ameriÄkog Ministarstva energetike (DOE). -
KombinujuÄi medicinska istraÅŸivanja sa raÄunarskom snagom, nauÄnici rade na tome CANDLE sistem neuronske mreÅŸe (). To vam omoguÄava da predvidite i razvijete plan lijeÄenja prilagoÄen individualnim potrebama svakog pacijenta. Ovo Äe pomoÄi nauÄnicima da razumiju molekularnu osnovu kljuÄnih interakcija proteina, razviju modele prediktivnog odgovora na lijekove i predloÅŸe optimalne strategije lijeÄenja. Argonne vjeruje da Äe exascale sistemi moÄi pokrenuti aplikaciju CANDLE 50 do 100 puta brÅŸe od najmoÄnijih supermaÅ¡ina poznatih danas.
Stoga se radujemo pojavi exascale superraÄunara. MeÄutim, prve verzije se neÄe nuÅŸno pojaviti u SAD-u. Naravno, SAD je u utrci da ih stvori, a lokalna vlast u projektu zvanom Aurora saraÄuje sa AMD-om, IBM-om, Intelom i Nvidia-om, nastojeÄi da bude ispred stranih konkurenata. MeÄutim, ne oÄekuje se da Äe se to dogoditi prije 2021. U meÄuvremenu, u januaru 2017. godine, kineski struÄnjaci su najavili stvaranje prototipa exascale. Potpuno funkcionalan model ove vrste raÄunske jedinice je â tianhe-3 - meÄutim, malo je vjerovatno da Äe biti gotov u narednih nekoliko godina.
Kinezi se Ävrsto drÅŸe
Äinjenica je da se od 2013. godine kineski razvoj nalazi na vrhu liste najmoÄnijih kompjutera na svijetu. Godinama je dominirao tianhe-2a sada palma pripada pomenutom Sunway Taihu Light. Vjeruje se da su ove dvije najmoÄnije maÅ¡ine u Srednjem Kraljevstvu mnogo moÄnije od svih dvadeset i jednog superkompjutera u Ministarstvu energetike SAD.
AmeriÄki nauÄnici, naravno, ÅŸele da povrate vodeÄu poziciju koju su imali prije pet godina i rade na sistemu koji Äe im to omoguÄiti. Gradi se u Oak Ridge National Laboratory u Tennesseeju. Samit (2), superkompjuter koji je planiran za puÅ¡tanje u rad kasnije ove godine. NadmaÅ¡uje snagu Sunway TaihuLighta. Koristit Äe se za testiranje i razvoj novih materijala koji su jaÄi i lakÅ¡i, za simulaciju unutraÅ¡njosti Zemlje pomoÄu akustiÄnih valova i za podrÅ¡ku astrofiziÄkim projektima koji istraÅŸuju porijeklo svemira.
2. Prostorni plan superkompjutera Summit
U pomenutoj nacionalnoj laboratoriji Argonne nauÄnici uskoro planiraju da naprave joÅ¡ brÅŸi ureÄaj. Poznat kao A21OÄekuje se da Äe performanse dostiÄi 200 petaflopsa.
Japan takoÄe uÄestvuje u trci superkompjutera. Iako je nedavno donekle zasjenjeno ameriÄko-kineskim rivalstvom, ova zemlja planira lansirati ABKI sistem (), koji nudi 130 petaflopsa snage. Japanci se nadaju da se takav superkompjuter moÅŸe koristiti za razvoj AI (vjeÅ¡taÄke inteligencije) ili dubokog uÄenja.
U meÄuvremenu, Evropski parlament je upravo odluÄio da izgradi superkompjuter EU vredan milijardu evra. Ovo kompjutersko ÄudoviÅ¡te Äe zapoÄeti svoj rad za istraÅŸivaÄke centre naÅ¡eg kontinenta na prijelazu iz 2022. u 2023. godinu. MaÅ¡ina Äe biti ugraÄena unutar EuroGPC projekata njegovu izgradnju Äe financirati drÅŸave Älanice â pa Äe i Poljska sudjelovati u ovom projektu. Njegova predviÄena snaga se obiÄno naziva "pre-exascale".
Do sada, prema rangiranju iz 2017. godine, od petsto najbrşih superkompjutera na svijetu, Kina ima 202 takve mašine (40%), dok Amerika kontroliše 144 (29%).
Kina takoÄer koristi 35% svjetske raÄunarske snage u poreÄenju sa 30% u SAD-u. SljedeÄe zemlje s najviÅ¡e superkompjutera na listi su Japan (35 sistema), NjemaÄka (20), Francuska (18) i Velika Britanija (15). Vrijedi napomenuti da, bez obzira na zemlju porijekla, svih pet stotina najmoÄnijih superkompjutera koristi razliÄite verzije Linuxa...
Sami dizajniraju
Superkompjuteri su veÄ vrijedan alat koji podrÅŸava nauku i tehnoloÅ¡ku industriju. Oni omoguÄavaju istraÅŸivaÄima i inÅŸenjerima da ostvare stabilan napredak (a ponekad Äak i ogromne skokove naprijed) u podruÄjima kao Å¡to su biologija, vremenska prognoza i klimatske prognoze, astrofizika i nuklearno oruÅŸje.
Ostalo zavisi od njihove moÄi. Tokom narednih decenija, upotreba superkompjutera moÅŸe znaÄajno da promeni ekonomsku, vojnu i geopolitiÄku situaciju onih zemalja koje imaju pristup ovoj vrsti najsavremenije infrastrukture.
Napredak u ovoj oblasti je toliko brz da je dizajn novih generacija mikroprocesora veÄ postao preteÅŸak Äak i za brojne ljudske resurse. Iz tog razloga, napredni kompjuterski softver i superraÄunari sve viÅ¡e igraju vodeÄu ulogu u razvoju raÄunara, ukljuÄujuÄi i one sa prefiksom "super".
3. Japanski superkompjuter
Farmaceutske kompanije Äe uskoro moÄi u potpunosti da rade zahvaljujuÄi kompjuterskim supermoÄima obraÄujuÄi ogroman broj ljudskih genoma, ÅŸivotinje i biljke koje Äe pomoÄi u stvaranju novih lijekova i tretmana za razne bolesti.
JoÅ¡ jedan razlog (zapravo jedan od glavnih) zaÅ¡to vlade toliko ulaÅŸu u razvoj superkompjutera. Efikasnija vozila Äe pomoÄi buduÄim vojnim voÄama da razviju jasne borbene strategije u svakoj borbenoj situaciji, omoguÄiti razvoj efikasnijih sistema naoruÅŸanja i podrÅŸati sluÅŸbe za provoÄenje zakona i obavjeÅ¡tajne agencije u identifikaciji potencijalnih prijetnji unaprijed.
Nema dovoljno snage za simulaciju mozga
Novi superkompjuteri trebali bi pomoÄi deÅ¡ifriranju prirodnog superkompjutera koji nam je dugo poznat - ljudskog mozga.
MeÄunarodni tim nauÄnika nedavno je razvio algoritam koji predstavlja vaÅŸan novi korak u modeliranju neuronskih veza mozga. Novo NEMA algoritma, opisan u dokumentu otvorenog pristupa objavljenom u Frontiers in Neuroinformatics, oÄekuje se da Äe simulirati 100 milijardi meÄusobno povezanih neurona ljudskog mozga na superkompjuterima. U rad su bili ukljuÄeni nauÄnici iz njemaÄkog istraÅŸivaÄkog centra JÃŒlich, NorveÅ¡kog univerziteta prirodnih nauka, Univerziteta u Aachenu, japanskog instituta RIKEN i Kraljevskog tehnoloÅ¡kog instituta KTH u Stokholmu.
Od 2014. godine, velike simulacije neuronske mreÅŸe rade se na superkompjuterima RIKEN i JUQUEEN u superkompjuterskom centru JÃŒlich u NjemaÄkoj, simulirajuÄi veze pribliÅŸno 1% neurona u ljudskom mozgu. ZaÅ¡to samo toliko? Mogu li superkompjuteri simulirati cijeli mozak?
Susanne Kunkel iz švedske kompanije KTH objašnjava.
Tokom simulacije, neuronski akcioni potencijal (kratki elektriÄni impulsi) se mora poslati na otprilike svih 100 ljudi. mali raÄunari koji se nazivaju Ävorovi, svaki opremljen brojnim procesorima koji obavljaju stvarne proraÄune. Svaki Ävor provjerava koji su od ovih impulsa povezani s virtualnim neuronima koji postoje u ovom Ävoru.
4. Modeliranje moÅŸdanih veza neurona, tj. tek smo na poÄetku puta (1%)
OÄigledno, koliÄina raÄunarske memorije koju procesori zahtijevaju za ove dodatne bitove po neuronu raste s veliÄinom neuronske mreÅŸe. Za prevazilaÅŸenje simulacije od 1% cijelog ljudskog mozga (4) bilo bi potrebno XNUMX puta viÅ¡e memorije od onoga Å¡to je danas dostupno u svim superkompjuterima. Stoga bi se o dobijanju simulacije cijelog mozga moglo govoriti samo u kontekstu buduÄih exascale superkompjutera. Ovdje bi trebala raditi sljedeÄa generacija NEST algoritma.
TOP-5 superkompjutera na svetu
1. Sanway TaihuLight â Superkompjuter od 93 PFLOPS lansiran 2016. u Wuxi, Kina. Od juna 2016. nalazi se na vrhu liste TOP500 superkompjutera sa najveÄom raÄunarskom snagom na svetu.
2. Tianhe-2 (MlijeÄni put-2) je superkompjuter sa raÄunarskom snagom od 33,86 PFLOPS koji je napravio NUDT () u Kini. Od juna 2013
do juna 2016. bio je najbrÅŸi superkompjuter na svijetu.
3. Pease Dynt - dizajn koji je razvio Cray, instaliran u Å vicarskom nacionalnom superkompjuterskom centru (). Nedavno je nadograÄen - Nvidia Tesla K20X akceleratori zamijenjeni su novim, Tesla P100, Å¡to je omoguÄilo poveÄanje raÄunarske snage sa 2017 na 9,8 PFLOPS u ljeto 19,6. godine.
4. Gyokou je superkompjuter koji su razvili ExaScaler i PEZY Computing. Smješten u Japanskoj agenciji za nauku i tehnologiju mora (JAMSTEC) Instituta za geonauke u Jokohami; na istom spratu kao i simulator Zemlje. Snaga: 19,14 PFLOPs.
5. Titanijum je superraÄunalo od 17,59 PFLOPS koje proizvodi Cray Inc. i lansiran u oktobru 2012. u Oak Ridge National Laboratory u Sjedinjenim DrÅŸavama. Od novembra 2012. do juna 2013. Titan je bio najbrÅŸi superkompjuter na svetu. Trenutno je na petom mjestu, ali je i dalje najbrÅŸi superkompjuter u SAD-u.
Oni se takoÄer takmiÄe za kvantnu nadmoÄ
IBM vjeruje da Äe u narednih pet godina poÄeti emitiranje ne superkompjutera baziranih na tradicionalnim silicijumskim Äipovima. Industrija tek poÄinje da shvata kako se kvantni raÄunari mogu koristiti, tvrde istraÅŸivaÄi kompanije. OÄekuje se da Äe inÅŸenjeri otkriti prve veÄe primjene ovih maÅ¡ina za samo pet godina.
Kvantni raÄunari koriste raÄunarsku jedinicu tzv kubitem. ObiÄni poluprovodnici predstavljaju informacije u obliku sekvenci od 1 i 0, dok kubiti pokazuju kvantna svojstva i mogu istovremeno obavljati proraÄune kao 1 i 0. To znaÄi da dva kubita mogu istovremeno predstavljati nizove od 1-0, 1-1, 0-1 . ., 0-0. RaÄunarska snaga raste eksponencijalno sa svakim kubitom, tako da bi teoretski kvantni raÄunar sa samo 50 kubita mogao imati viÅ¡e procesorske snage od najmoÄnijih svjetskih superkompjutera.
D-Wave Systems veÄ prodaje kvantni kompjuter, za koji se navodi da ih ima 2. kubiti. kako god D-Wav kopijee(5) su diskutabilne. Iako su ih neki istraÅŸivaÄi dobro iskoristili, oni joÅ¡ uvijek nisu nadmaÅ¡ili klasiÄne raÄunare i korisni su samo za odreÄene klase optimizacijskih problema.
5. D-Wave kvantni kompjuteri
Prije nekoliko mjeseci, Google Quantum AI Lab je pokazao novi kvantni procesor od 72 kubita tzv. Äekinjasti ÄeÅ¡eri (6). Uskoro bi mogao postiÄi "kvantnu nadmoÄ" nadmaÅ¡ivÅ¡i klasiÄni superkompjuter, barem kada je u pitanju rjeÅ¡avanje nekih problema. Kada kvantni procesor pokaÅŸe dovoljno nisku stopu greÅ¡aka u radu, moÅŸe biti efikasniji od klasiÄnog superkompjutera s dobro definiranim IT zadatkom.
6. Bristlecone 72 qubit kvantni procesor
SljedeÄi na redu bio je Google procesor, jer je u januaru, na primjer, Intel najavio vlastiti kvantni sistem od 49 kubita, a ranije je IBM predstavio verziju od 50 kubita. intel Äip, Loihi, inovativan je i na druge naÄine. To je prvo "neuromorfno" integrirano kolo dizajnirano da oponaÅ¡a naÄin na koji ljudski mozak uÄi i razumije. Ona je "potpuno funkcionalna" i bit Äe dostupna istraÅŸivaÄkim partnerima kasnije ove godine.
MeÄutim, ovo je tek poÄetak, jer da biste se mogli nositi sa silicijumskim ÄudoviÅ¡tima, trebate z milione kubita. Grupa nauÄnika sa Holandskog tehniÄkog univerziteta u Delftu nada se da je naÄin da se postigne ovakva skala koriÅ¡Äenjem silicijuma u kvantnim raÄunarima, jer su njihovi Älanovi pronaÅ¡li reÅ¡enje kako da koriste silicijum za kreiranje programabilnog kvantnog procesora.
U svojoj studiji, objavljenoj u Äasopisu Nature, holandski tim je kontrolisao rotaciju jednog elektrona koristeÄi mikrotalasnu energiju. U silicijumu bi se elektron vrteo gore-dole u isto vreme, efektivno ga drÅŸeÄi na mestu. Kada je to postignuto, tim je spojio dva elektrona i programirao ih da pokreÄu kvantne algoritme.
Bilo je moguÄe stvoriti na bazi silicijuma dvobitni kvantni procesor.
Dr Tom Watson, jedan od autora studije, objasnio je za BBC. Ako Watson i njegov tim uspiju spojiti joÅ¡ viÅ¡e elektrona, to bi moglo dovesti do pobune. qubit procesoriovo Äe nas dovesti korak bliÅŸe kvantnim kompjuterima buduÄnosti.
- Ko god napravi kvantni kompjuter koji potpuno funkcioniÅ¡e, vladaÄe svetom Manas Mukherjee sa Nacionalnog univerziteta Singapura i glavni istraÅŸivaÄ u Nacionalnom centru za kvantnu tehnologiju nedavno je rekao u intervjuu. Trka izmeÄu najveÄih tehnoloÅ¡kih kompanija i istraÅŸivaÄkih laboratorija trenutno je fokusirana na tzv kvantna nadmoÄ, taÄka u kojoj kvantni raÄunar moÅŸe izvrÅ¡iti proraÄune iznad svega Å¡to najnapredniji moderni raÄunari mogu ponuditi.
Navedeni primjeri dostignuÄa Google-a, IBM-a i Intel-a ukazuju na to da kompanije iz Sjedinjenih DrÅŸava (a samim tim i drÅŸave) dominiraju u ovoj oblasti. MeÄutim, kineski Alibaba Cloud nedavno je objavio platformu za raÄunarstvo u oblaku zasnovanu na 11-kubitnom procesoru koja omoguÄava nauÄnicima da testiraju nove kvantne algoritme. To znaÄi da Kina u oblasti kvantnih raÄunarskih blokova takoÄe ne pokriva kruÅ¡ke pepelom.
MeÄutim, pokuÅ¡aji stvaranja kvantnih superkompjutera nisu samo oduÅ¡evljeni novim moguÄnostima, veÄ izazivaju i kontroverze.
Pre nekoliko meseci, tokom MeÄunarodne konferencije o kvantnim tehnologijama u Moskvi, Aleksandar Lvovski (7) iz Ruskog kvantnog centra, koji je i profesor fizike na Univerzitetu u Kalgariju u Kanadi, rekao je da su kvantni raÄunari oruÄe razaranjabez stvaranja.
7. Profesor Aleksandar Lvovski
Å ta je mislio? Prije svega, digitalna sigurnost. Trenutno su sve osjetljive digitalne informacije koje se prenose putem interneta Å¡ifrirane radi zaÅ¡tite privatnosti zainteresiranih strana. VeÄ smo vidjeli sluÄajeve u kojima su hakeri mogli presresti ove podatke razbijanjem enkripcije.
Prema Lvovu, pojava kvantnog kompjutera samo Äe olakÅ¡ati sajber kriminalcima. Nijedan alat za Å¡ifrovanje koji je danas poznat ne moÅŸe se zaÅ¡tititi od procesorske snage pravog kvantnog raÄunara.
Medicinski kartoni, finansijske informacije, pa Äak i tajne vlada i vojnih organizacija bile bi dostupne u tiganju, Å¡to bi znaÄilo, kako Lvovsky napominje, da bi nova tehnologija mogla ugroziti cijeli svjetski poredak. Drugi struÄnjaci smatraju da su strahovi Rusa neosnovani, jer Äe stvaranje pravog kvantnog superkompjutera takoÄe omoguÄiti pokrenuti kvantnu kriptografiju, smatra se neuniÅ¡tivim.
Drugi pristup
Pored tradicionalnih kompjuterskih tehnologija i razvoja kvantnih sistema, razliÄiti centri rade i na drugim metodama izgradnje superkompjutera buduÄnosti.
AmeriÄka agencija DARPA finansira Å¡est centara za alternativna rjeÅ¡enja kompjuterskog dizajna. Arhitektura koja se koristi u modernim maÅ¡inama se konvencionalno naziva von Neumannova arhitekturaOh, on veÄ ima sedamdeset godina. PodrÅ¡ka odbrambene organizacije univerzitetskim istraÅŸivaÄima ima za cilj razvoj pametnijeg pristupa rukovanju velikim koliÄinama podataka nego ikada prije.
Baferovanje i paralelno raÄunanje Evo nekoliko primjera novih metoda na kojima ovi timovi rade. Drugi ADA (), Å¡to olakÅ¡ava razvoj aplikacija pretvaranjem CPU-a i memorijskih komponenti sa modulima u jedan sklop, umjesto da se bavi problemima njihovog povezivanja na matiÄnoj ploÄi.
ProÅ¡le godine je tim istraÅŸivaÄa iz Velike Britanije i Rusije uspjeÅ¡no demonstrirao taj tip "Magic Dust"od kojih se sastoje svetlosti i materije - na kraju superiorniji u "performansama" Äak i od najmoÄnijih superkompjutera.
NauÄnici sa britanskih univerziteta KembridÅŸ, Sautempton i Kardif i ruskog instituta Skolkovo koristili su kvantne Äestice poznate kao polaritoniÅ¡to se moÅŸe definisati kao neÅ¡to izmeÄu svetlosti i materije. Ovo je potpuno novi pristup kompjuterskom raÄunarstvu. Prema nauÄnicima, on moÅŸe biti osnova za novu vrstu raÄunara sposobnog da rjeÅ¡ava trenutno nerjeÅ¡iva ââpitanja - u razliÄitim oblastima, poput biologije, finansija i svemirskih putovanja. Rezultati studije objavljeni su u Äasopisu Nature Materials.
Zapamtite da danaÅ¡nji superkompjuteri mogu rijeÅ¡iti samo mali dio problema. Äak Äe i hipotetiÄki kvantni kompjuter, ako se konaÄno izgradi, u najboljem sluÄaju osigurati kvadratno ubrzanje za rjeÅ¡avanje najsloÅŸenijih problema. U meÄuvremenu, polaritoni koji stvaraju "vilinsku praÅ¡inu" nastaju aktiviranjem slojeva atoma galija, arsena, indija i aluminijuma laserskim zrakama.
Elektroni u ovim slojevima apsorbuju i emituju svetlost odreÄene boje. Polaritoni su deset hiljada puta lakÅ¡i od elektrona i mogu dostiÄi dovoljnu gustinu da dovedu do novog stanja materije poznato kao Kondenzat Bose-Einstein (osam). Kvantne faze polaritona u njemu su sinhronizovane i formiraju jedan makroskopski kvantni objekat, koji se moÅŸe detektovati merenjima fotoluminiscencije.
8. Grafikon koji prikazuje Bose-Einstein kondenzat
Ispostavilo se da u ovom konkretnom stanju, polaritonski kondenzat moÅŸe mnogo efikasnije da reÅ¡i problem optimizacije koji smo spomenuli kada smo opisivali kvantne raÄunare od procesora zasnovanih na kubitu. Autori britansko-ruskih studija su pokazali da kako se polaritoni kondenzuju, njihove kvantne faze su rasporeÄene u konfiguraciju koja odgovara apsolutnom minimumu kompleksne funkcije.
âNa poÄetku smo istraÅŸivanja potencijala polaritonskih dijagrama za rjeÅ¡avanje sloÅŸenih problemaâ, piÅ¡e koautor Nature Materials prof. Pavlos Lagoudakis, Å¡ef Laboratorije za hibridnu fotoniku na Univerzitetu Southampton. âTrenutno skaliramo naÅ¡ ureÄaj na stotine Ävorova dok testiramo temeljnu procesorsku snagu.â
U ovim eksperimentima iz svijeta suptilnih kvantnih faza svjetlosti i materije, Äak i kvantni procesori izgledaju kao neÅ¡to nespretno i Ävrsto povezano sa stvarnoÅ¡Äu. Kao Å¡to vidite, nauÄnici ne rade samo na superkompjuterima sutraÅ¡njice i maÅ¡inama prekosutra, veÄ planiraju Å¡ta Äe se dogoditi prekosutra.
U ovom trenutku dostizanje exascale Äe biti priliÄno izazov, tada Äete razmiÅ¡ljati o sljedeÄim prekretnicama na skali flopa (9). Kao Å¡to ste mogli pretpostaviti, samo dodavanje procesora i memorije tome nije dovoljno. Ako je vjerovati nauÄnicima, postizanje tako moÄne raÄunarske snage omoguÄit Äe nam rjeÅ¡avanje megaproblema koji su nam poznati, poput deÅ¡ifriranja raka ili analize astronomskih podataka.
9. BuduÄnost superraÄunala
PoveÅŸite pitanje sa odgovorom
Å to je sljedeÄe?
Pa, u sluÄaju kvantnih kompjutera, postavljaju se pitanja za Å¡ta ih treba koristiti. Prema staroj poslovici, kompjuteri rjeÅ¡avaju probleme kojih bez njih ne bi bilo. Stoga bi vjerovatno trebali prvo napraviti ove futuristiÄke supermaÅ¡ine. Tada Äe problemi nastati sami od sebe.
U kojim oblastima kvantni raÄunari mogu biti korisni?
Umjetna inteligencija. AI () radi na principu uÄenja kroz iskustvo, koje postaje sve preciznije kako se dobija povratna informacija i dok kompjuterski program ne postane "pametan". Povratne informacije se zasnivaju na proraÄunima vjerovatnoÄe brojnih moguÄih opcija. VeÄ znamo da Lockheed Martin, na primjer, planira koristiti svoj kvantni kompjuter D-Wave za testiranje softvera autopilota koji je trenutno previÅ¡e sloÅŸen za klasiÄne raÄunare, a Google koristi kvantni raÄunar za razvoj softvera koji moÅŸe razlikovati automobile od orijentira.
Molekularno modeliranje. ZahvaljujuÄi kvantnim kompjuterima, biÄe moguÄe precizno modelirati molekularne interakcije, traÅŸeÄi optimalne konfiguracije za hemijske reakcije. Kvantna hemija je toliko sloÅŸena da moderni digitalni kompjuteri mogu analizirati samo najjednostavnije molekule. Hemijske reakcije su kvantne prirode jer stvaraju visoko zamrÅ¡ena kvantna stanja koja se preklapaju, tako da potpuno razvijeni kvantni kompjuteri mogu lako procijeniti Äak i najsloÅŸenije procese. Google veÄ ima napredak u ovoj oblasti â modelirali su molekul vodonika. Rezultat Äe biti efikasniji proizvodi, od solarnih panela do lijekova.
Kriptografija. Sigurnosni sistemi danas zavise od efikasne primarne proizvodnje. Ovo se moÅŸe postiÄi sa digitalnim raÄunarima posmatranjem svih moguÄih faktora, ali sama koliÄina vremena potrebnog za to Äini "razbijanje koda" skupim i nepraktiÄnim. U meÄuvremenu, kvantni raÄunari to mogu uÄiniti eksponencijalno, efikasnije od digitalnih maÅ¡ina, Å¡to znaÄi da Äe danaÅ¡nje sigurnosne metode uskoro postati zastarjele. Postoje i obeÄavajuÄe metode kvantne enkripcije koje se razvijaju kako bi se iskoristila jednosmjerna priroda kvantne isprepletenosti. MreÅŸe Å¡irom grada veÄ su demonstrirane u nekoliko zemalja, a kineski nauÄnici su nedavno objavili da uspjeÅ¡no Å¡alju zapletene fotone sa "kvantnog" satelita u orbiti na tri odvojene bazne stanice nazad na Zemlju.
Finansijsko modeliranje. Moderna trÅŸiÅ¡ta su meÄu najkompleksnijim sistemima koji postoje. Iako je razvijen nauÄno-matematiÄki aparat za njihovo opisivanje i kontrolu, efikasnost ovakvih aktivnosti je joÅ¡ uvijek u velikoj mjeri nedovoljna zbog fundamentalne razlike izmeÄu nauÄnih disciplina: ne postoji kontrolirano okruÅŸenje u kojem se eksperimenti mogu izvoditi. Kako bi rijeÅ¡ili ovaj problem, investitori i analitiÄari su se okrenuli kvantnom raÄunarstvu. Jedna neposredna prednost je da je sluÄajnost svojstvena kvantnim kompjuterima u skladu sa stohastiÄkom prirodom finansijskih trÅŸiÅ¡ta. Investitori Äesto ÅŸele procijeniti distribuciju ishoda u vrlo velikom broju nasumiÄno generiranih scenarija.
Vremenska prognoza. Glavni ekonomista NOAA Rodney F. Weiher tvrdi da skoro 30% ameriÄkog BDP-a (6 triliona dolara) direktno ili indirektno zavisi od vremenskih prilika. za proizvodnju hrane, transport i maloprodaju. Stoga bi sposobnost boljeg predviÄanja aure bila vrlo korisna u mnogim podruÄjima, a da ne spominjemo duÅŸe vrijeme predviÄeno za zaÅ¡titu od prirodnih katastrofa. Britanski nacionalni meteoroloÅ¡ki ogranak, Met Office, veÄ je poÄeo da ulaÅŸe u takve inovacije kako bi zadovoljio potrebe za snagom i skalabilnosti sa kojima Äe morati da se bavi od 2020. godine, i objavio je izveÅ¡taj o sopstvenim eksaskalnim raÄunarskim potrebama.
Fizika Äestica. Modeli fizike Ävrstih Äestica su Äesto izuzetno sloÅŸena, zamrÅ¡ena rjeÅ¡enja koja zahtijevaju mnogo vremena za raÄunanje za numeriÄke simulacije. To ih Äini idealnim za kvantno raÄunanje, a nauÄnici su to veÄ iskoristili. IstraÅŸivaÄi sa Univerziteta u Insbruku i Instituta za kvantnu optiku i kvantne informacije (IQOQI) nedavno su koristili programabilni kvantni sistem za izvoÄenje ove simulacije. Prema publikaciji u Äasopisu Nature, grupa je koristila jednostavnu verziju kvantnog kompjutera u kojem su joni izvodili logiÄke operacije, osnovne korake svakog kompjuterskog proraÄuna. Simulacija je pokazala potpunu saglasnost sa stvarnim eksperimentima opisane fizike. kaÅŸe teorijski fiziÄar Peter Zoller. -
