Бұрынғының көкжиегі - және одан әрі ...

Бір жағынан, олар қатерлі ісік ауруын жеңуге, ауа райын дәл болжауға және ядролық синтезді меңгеруге көмектесуі керек. Екінші жағынан, олар жаһандық жойылуға немесе адамзатты құлдыққа түсіреді деген қауіп бар. Дегенмен, қазіргі уақытта есептеу құбыжықтары әлі де бір уақытта үлкен жақсылық пен әмбебап зұлымдықты жасай алмайды.

60-шы жылдары ең тиімді компьютерлер қуатқа ие болды мегафлоптар (секундына миллиондаған өзгермелі нүкте операциялары). Өңдеу қуаты бар бірінші компьютер жоғары 1 GFLOPS (гигафлоптар) болды Крей 2, 1985 жылы Cray Research компаниясы шығарған. Өңдеу қуаты бар бірінші модель 1 TFLOPS-тан жоғары (терафлоптар) болды ASCI қызыл, 1997 жылы Intel жасаған. Қуат 1 PFLOPS (петафлопс) жетті Жолшы, 2008 жылы IBM шығарған.

Ағымдағы есептеу қуаты рекорды қытайлық Sunway TaihuLight компаниясына тиесілі және 9 PFLOPS құрайды.

Көріп отырғаныңыздай, ең қуатты машиналар әлі жүздеген петафлопқа жете алмағанымен, барған сайын көбірек. exascale жүйелеріонда қуатты ескеру қажет exaflopsach (EFLOPS), яғни. секундына шамамен 1018 операциядан астам. Дегенмен, мұндай дизайн әлі де әртүрлі деңгейдегі күрделі жобалардың сатысында.

АЗАЙТУ (, секундына өзгермелі нүкте операциялары) – негізінен ғылыми қолданбаларда қолданылатын есептеу қуатының бірлігі. Ол бұрын қолданылған MIPS блогына қарағанда әмбебап, яғни секундына процессор нұсқауларының санын білдіреді. Флоп SI емес, бірақ оны 1/с бірлігі ретінде түсіндіруге болады.

Сізге қатерлі ісікке арналған эксашкала қажет

Эксафлоп немесе мың петафлоп барлық XNUMX суперкомпьютерлерді біріктіргеннен көп. Ғалымдар мұндай қуаты бар жаңа буын машиналары әртүрлі салаларда серпіліс әкеледі деп үміттенеді.

Exascale есептеу қуаты жылдам дамып келе жатқан машиналық оқыту технологияларымен біріктірілген, мысалы, ақырында көмектесуі керек қатерлі ісік кодын бұзыңыз. Қатерлі ісік ауруын диагностикалау және емдеу үшін дәрігерлерде болуы керек деректердің көлемі соншалықты үлкен, бұл қарапайым компьютерлер үшін тапсырманы орындау қиын. Бір типтік ісік биопсиясы зерттеуінде 8 миллионнан астам өлшемдер алынады, оның барысында дәрігерлер ісіктің мінез-құлқын, оның фармакологиялық емдеуге реакциясын және науқастың денесіне әсерін талдайды. Бұл нақты деректер мұхиты.

АҚШ Энергетика министрлігінің (DOE) Аргонна зертханасының қызметкері Рик Стивенс деді. -

Медициналық зерттеулерді есептеу қуатымен біріктіре отырып, ғалымдар жұмыс істеуде CANDLE нейрондық жүйесі (). Бұл әр пациенттің жеке қажеттіліктеріне бейімделген емдеу жоспарын болжауға және әзірлеуге мүмкіндік береді. Бұл ғалымдарға ақуыздардың негізгі өзара әрекеттесулерінің молекулалық негізін түсінуге, дәрілік реакциялардың болжамды үлгілерін әзірлеуге және оңтайлы емдеу стратегияларын ұсынуға көмектеседі. Аргоннның пайымдауынша, exascale жүйелері CANDLE қосымшасын бүгінгі күні белгілі ең қуатты супермашиналарға қарағанда 50-100 есе жылдамырақ іске қоса алады.

Сондықтан біз өте ауқымды суперкомпьютерлердің пайда болуын асыға күтеміз. Дегенмен, алғашқы нұсқалар АҚШ-та міндетті түрде пайда болмайды. Әрине, АҚШ оларды құру үшін жарысуда, ал жергілікті үкімет деп аталатын жобада Аврора AMD, IBM, Intel және Nvidia компанияларымен ынтымақтаса отырып, шетелдік бәсекелестерден озып шығуға ұмтылады. Алайда бұл 2021 жылға дейін болады деп күтілмейді. Сонымен қатар, 2017 жылдың қаңтарында қытайлық сарапшылар экса масштабты прототипін жасау туралы хабарлады. Есептеу бірлігінің бұл түрінің толық жұмыс істейтін моделі - Tianhe-3 – дегенмен, оның алдағы бірнеше жылда дайын болуы екіталай.

Қытайлар мықтап ұстады

Өйткені, 2013 жылдан бері қытайлық әзірлемелер әлемдегі ең қуатты компьютерлер тізімінде көш бастады. Ол жылдар бойы үстемдік етті Tianhe-2ал енді алақан аталғандарға тиесілі Sunway TaihuLight. Орта Патшалықтағы бұл ең қуатты екі машина АҚШ Энергетика министрлігіндегі барлық жиырма бір суперкомпьютерден әлдеқайда қуатты деп саналады.

Американдық ғалымдар, әрине, бес жыл бұрын иеленген көшбасшылық ұстанымын қайтарып алғысы келеді және осыған мүмкіндік беретін жүйемен жұмыс істеуде. Ол Теннессидегі Oak Ridge ұлттық зертханасында салынып жатыр. Саммит (2), суперкомпьютер осы жылдың соңында пайдалануға беріледі. Ол Sunway TaihuLight қуатынан асып түседі. Ол күштірек және жеңілірек жаңа материалдарды сынау және әзірлеу, акустикалық толқындар арқылы Жердің ішкі бөлігін модельдеу және ғаламның пайда болуын зерттейтін астрофизикалық жобаларды қолдау үшін пайдаланылады.

2. Summit суперкомпьютерінің кеңістіктік жоспары

Аталмыш Аргонна ұлттық зертханасында ғалымдар жақын арада бұдан да жылдамырақ құрылғы жасауды жоспарлап отыр. ретінде белгілі A21Өнімділік 200 петафлопқа жетеді деп күтілуде.

Суперкомпьютер жарысына Жапония да қатысуда. Жақында АҚШ-Қытай бақталастығы біраз көлеңкеде қалғанымен, дәл осы ел іске қосуды жоспарлап отыр. ABC жүйесі (), 130 петафлоп қуат ұсынады. Жапондықтар мұндай суперкомпьютерді AI (жасанды интеллект) немесе терең оқытуды дамыту үшін пайдалануға болады деп үміттенеді.

Осы уақытта Еуропалық Парламент ЕО миллиард еуролық суперкомпьютер жасау туралы шешім қабылдады. Бұл есептеу құбыжығы 2022 және 2023 жылдардың тоғысында континентіміздің зерттеу орталықтары үшін жұмысын бастайды. Машина ішінде құрастырылады EuroGPK жобасыжәне оның құрылысын мүше мемлекеттер қаржыландырады, сондықтан Польша да осы жобаға қатысады. Оның болжанған қуаты әдетте «алдын ала шкала» деп аталады.

Әзірге 2017 жылғы рейтинг бойынша әлемдегі ең жылдам бес жүз суперкомпьютердің ішінде Қытайда 202 осындай машина бар (40%), ал Америка 144-ін (29%) басқарады.

Қытай сонымен қатар АҚШ-тағы 35% салыстырғанда әлемдегі есептеуіш қуаттың 30% пайдаланады. Тізімде ең көп суперкомпьютерлері бар келесі елдер Жапония (35 жүйе), Германия (20), Франция (18) және Ұлыбритания (15) болып табылады. Айта кету керек, шыққан еліне қарамастан, ең қуатты бес жүз суперкомпьютерлердің барлығы Linux-тың әртүрлі нұсқаларын пайдаланады ...

Олар өздері жобалайды

Суперкомпьютерлер қазірдің өзінде ғылым мен технология салаларын қолдайтын құнды құрал болып табылады. Олар зерттеушілер мен инженерлерге биология, ауа райы мен климатты болжау, астрофизика және ядролық қару сияқты салаларда тұрақты прогреске (кейде тіпті үлкен секірістерге) қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Қалғаны олардың күшіне байланысты. Алдағы онжылдықтарда суперкомпьютерлерді пайдалану осы озық инфрақұрылым түріне қол жеткізе алатын елдердің экономикалық, әскери және геосаяси жағдайын айтарлықтай өзгертуі мүмкін.

Бұл саладағы прогрестің жылдам болғаны сонша, микропроцессорлардың жаңа буындарын жобалау тіпті көптеген адам ресурстары үшін тым қиын болды. Осы себепті жетілдірілген компьютерлік бағдарламалық қамтамасыз ету мен суперкомпьютерлер компьютерлерді, соның ішінде «супер» префиксі бар компьютерлерді дамытуда жетекші рөл атқаруда.

3. Жапондық суперкомпьютер

Фармацевтикалық компаниялар жақын арада компьютерлік қуатты күштердің арқасында толық жұмыс істей алады адам геномдарының үлкен санын өңдеу, жануарлар мен өсімдіктер жаңа дәрі-дәрмектер мен әртүрлі ауруларды емдеуге көмектеседі.

Үкіметтердің суперкомпьютерлерді дамытуға сонша көп инвестиция салуының тағы бір себебі (шын мәнінде негізгілерінің бірі). Неғұрлым тиімді көліктер болашақ әскери жетекшілерге кез келген ұрыс жағдайында нақты ұрыс стратегияларын жасауға көмектеседі, қару-жарақтың тиімді жүйелерін жасауға мүмкіндік береді, сондай-ақ ықтимал қауіптерді алдын ала анықтауда құқық қорғау және барлау органдарына қолдау көрсетеді.

Мидың симуляциясы үшін қуат жеткіліксіз

Жаңа суперкомпьютерлер бізге көптен бері белгілі табиғи суперкомпьютерді – адам миын ашуға көмектесуі керек.

Жақында халықаралық ғалымдар тобы мидың нейрондық байланыстарын модельдеудегі маңызды жаңа қадамды білдіретін алгоритм әзірледі. Жаңа ЕМЕС-алгоритмНейроинформатикадағы Frontiers журналында жарияланған ашық қол жетімді мақалада сипатталған , суперкомпьютерлерде адам миындағы 100 миллиард өзара байланысқан нейрондарды имитациялайды деп күтілуде. Жұмысқа Германияның Юльич ғылыми-зерттеу орталығының, Норвегиялық өмір туралы ғылымдар университетінің, Ахен университетінің, жапондық RIKEN институтының және Стокгольмдегі KTH Корольдік технологиялық институтының ғалымдары тартылды.

2014 жылдан бастап Германиядағы Юльих суперкомпьютер орталығында RIKEN және JUQUEEN суперкомпьютерлерінде адам миындағы нейрондардың шамамен 1% байланысын модельдейтін ауқымды нейрондық желілік модельдеу жұмыс істейді. Неге сонша көп? Суперкомпьютерлер бүкіл миды ұқсата ала ма?

Швециялық KTH компаниясынан Сюзанна Кункель түсіндіреді.

Модельдеу кезінде шамамен барлық 100 XNUMX адамға нейрондық әрекет потенциалы (қысқа электрлік импульстар) жіберілуі керек. түйіндер деп аталатын шағын компьютерлер, олардың әрқайсысы нақты есептеулерді орындайтын бірнеше процессорлармен жабдықталған. Әрбір түйін осы импульстардың қайсысы осы түйінде бар виртуалды нейрондарға қатысты екенін тексереді.

4. Нейрондардың ми байланыстарын модельдеу, яғни. біз тек сапардың басындамыз (1%)

Әлбетте, бір нейронға осы қосымша биттер үшін процессорлар талап ететін компьютер жадысының көлемі нейрондық желінің көлеміне қарай артады. Бүкіл адам миының 1% симуляциясынан асып кету үшін (4) қажет XNUMX есе көп жады қазіргі кездегі барлық суперкомпьютерлерде барға қарағанда. Сондықтан, бүкіл мидың симуляциясын алу туралы болашақ суперкомпьютерлердің контекстінде ғана айтуға болады. Бұл жерде келесі буын NEST алгоритмі жұмыс істеуі керек.

Әлемнің ТОП-5 суперкомпьютері

1. Sunway TaihuLight – 93 PFLOPS суперкомпьютері 2016 жылы Қытайдың Вуси қаласында іске қосылды. 2016 жылдың маусым айынан бастап ол әлемдегі ең жоғары есептеу қабілеті бар суперкомпьютерлердің TOP500 тізімінде көш бастады.

2. Тяньхэ-2 (Құс жолы-2) Қытайда NUDT () жасаған 33,86 PFLOPS есептеу қуаты бар суперкомпьютер. 2013 жылдың маусымынан

2016 жылдың маусымына дейін ол әлемдегі ең жылдам суперкомпьютер болды.

3. Пиз Дайнт - Швейцарияның Ұлттық суперкомпьютер орталығында орнатылған Cray әзірлеген дизайн (). Ол жақында жаңартылды - Nvidia Tesla K20X үдеткіштері жаңа Tesla P100-ге ауыстырылды, бұл 2017 жылдың жазында есептеу қуатын 9,8-ден 19,6 PFLOPS-ке дейін арттыруға мүмкіндік берді.

4. Гёкоу ExaScaler және PEZY Computing әзірлеген суперкомпьютер. Йокогама геоғылымдары институтының Теңіз ғылымы және технологиясы бойынша Жапония агенттігінде (JAMSTEC) орналасқан; Жер симуляторымен бір қабатта. Қуаты: 19,14 PFLOPs.

5. Titan — Cray Inc. шығарған 17,59 PFLOPS суперкомпьютері. және 2012 жылдың қазан айында Америка Құрама Штаттарындағы Oak Ridge ұлттық зертханасында іске қосылды. 2012 жылдың қарашасынан 2013 жылдың маусымына дейін Титан әлемдегі ең жылдам суперкомпьютер болды. Қазіргі уақытта ол бесінші орында, бірақ әлі де АҚШ-тағы ең жылдам суперкомпьютер болып табылады.

Олар сонымен қатар кванттық үстемдік үшін жарысады

IBM алдағы бес жылда дәстүрлі кремний чиптеріне негізделген суперкомпьютерлер емес, хабар таратуды бастайды деп есептейді. Компания зерттеушілерінің айтуынша, сала кванттық компьютерлерді қалай пайдалануға болатынын енді ғана түсіне бастады. Инженерлер бес жыл ішінде бұл машиналарға арналған алғашқы негізгі қосымшаларды табады деп күтілуде.

Кванттық компьютерлер деп аталатын есептеу блогын пайдаланады шынтақ. Қарапайым жартылай өткізгіштер ақпаратты 1 және 0 реттіліктері түрінде көрсетеді, ал кубиттер кванттық қасиеттерді көрсетеді және бір уақытта 1 және 0 ретінде есептеулерді орындай алады. Бұл екі кубит бір уақытта 1-0, 1-1, 0-1 ретін көрсете алатынын білдіреді. . ., 0-0. Есептеу қуаты әрбір кубит сайын экспоненциалды түрде өседі, сондықтан теориялық тұрғыдан небәрі 50 кубитті кванттық компьютер әлемдегі ең қуатты суперкомпьютерлерге қарағанда көбірек өңдеу қуатына ие болуы мүмкін.

D-Wave Systems қазірдің өзінде 2 кванттық компьютерді сатуда. кубиттер. Дегенмен D-Wav көшірмелеріe(5) даулы. Кейбір зерттеушілер оларды жақсы пайдаланғанымен, олар әлі де классикалық компьютерлерден асып түспеді және оңтайландыру мәселелерінің белгілі бір кластары үшін ғана пайдалы.

5. D-Wave кванттық компьютерлері

Бірнеше ай бұрын Google Quantum AI зертханасы жаңа 72-кубит кванттық процессорды көрсетті. қылшық конустар (6). Ол жақын арада классикалық суперкомпьютерден асып түсу арқылы «кванттық үстемдікке» жетуі мүмкін, кем дегенде кейбір мәселелерді шешуге келгенде. Кванттық процессор жұмыс кезінде жеткілікті төмен қателік жылдамдығын көрсеткенде, ол жақсы анықталған АТ тапсырмасы бар классикалық суперкомпьютерге қарағанда тиімдірек болуы мүмкін.

6. Bristlecone 72 квитті кванттық процессор

Келесі кезекте Google процессоры тұрды, өйткені, мысалы, қаңтарда Intel өзінің 49-кубиттік кванттық жүйесін жариялады, ал бұрын IBM 50-кубиттік нұсқасын ұсынды. Intel чипі, Loihi, ол басқа жолдармен де жаңашыл. Бұл адам миының қалай үйренетінін және түсінетінін еліктеуге арналған алғашқы «нейроморфты» интегралды схема. Ол «толығымен жұмыс істейді» және осы жылдың соңында зерттеу серіктестеріне қолжетімді болады.

Дегенмен, бұл тек бастамасы, өйткені кремний құбыжықтарымен күресу үшін сізге z қажет. миллиондаған кубиттер. Делфттегі Нидерланд техникалық университетінің бір топ ғалымдары мұндай масштабқа жетудің жолы кремнийді кванттық компьютерлерде пайдалану деп үміттенеді, өйткені олардың мүшелері бағдарламаланатын кванттық процессорды жасау үшін кремнийді пайдаланудың шешімін тапты.

Nature журналында жарияланған зерттеуінде голландиялық топ микротолқынды энергияны пайдаланып бір электронның айналуын басқарды. Кремнийде электрон бір уақытта жоғары және төмен айналады және оны орнында тиімді ұстайды. Бұған қол жеткізгеннен кейін команда екі электронды біріктіріп, оларды кванттық алгоритмдерді іске қосу үшін бағдарламалады.

Кремний негізінде жасау мүмкін болды екі разрядты кванттық процессор.

Зерттеу авторларының бірі, доктор Том Уотсон ВВС-ге түсіндірді. Егер Уотсон мен оның командасы одан да көп электрондарды біріктіре алса, бұл көтеріліске әкелуі мүмкін. qubit процессорларыбұл бізді болашақтың кванттық компьютерлеріне бір қадам жақындатады.

- Кім толық жұмыс істейтін кванттық компьютер құрастырса, әлемді басқарады Сингапур Ұлттық университетінің қызметкері Манас Мукерджи және Ұлттық кванттық технологиялар орталығының бас зерттеушісі жақында сұхбатында осылай деді. Ең ірі технологиялық компаниялар мен зерттеу зертханалары арасындағы жарыс қазіргі уақытта деп аталатын нәрсеге бағытталған кванттық үстемдік, кванттық компьютер ең озық заманауи компьютерлер ұсына алатын кез келген нәрседен жоғары есептеулерді орындай алатын нүкте.

Google, IBM және Intel жетістіктерінің жоғарыда келтірілген мысалдары бұл салада Америка Құрама Штаттарының (демек, штаттың) компаниялары басым екенін көрсетеді. Дегенмен, Қытайдың Alibaba Cloud компаниясы жақында ғалымдарға жаңа кванттық алгоритмдерді сынауға мүмкіндік беретін 11 кубиттік бұлтты есептеу платформасын іске қосты. Бұл Қытайдың кванттық есептеу блоктары саласындағы алмұрттарды күлмен қаптамайтынын білдіреді.

Дегенмен, кванттық суперкомпьютерлерді жасау күш-жігері жаңа мүмкіндіктерге құлшыныс танытып қана қоймайды, сонымен қатар қарама-қайшылықтарды тудырады.

Бірнеше ай бұрын Мәскеуде өткен кванттық технологиялар бойынша халықаралық конференция кезінде Ресей кванттық орталығының қызметкері Александр Львовский (7) Канададағы Калгари университетінің физика профессоры кванттық компьютерлер жою құралыжасамай.

7. Профессор Александр Львовский

Ол не айтқысы келді? Ең алдымен, цифрлық қауіпсіздік. Қазіргі уақытта Интернет арқылы берілетін барлық құпия цифрлық ақпарат мүдделі тұлғалардың құпиялылығын қорғау үшін шифрланған. Біз хакерлер бұл деректерді шифрлауды бұзу арқылы ұстап алатын жағдайларды көрдік.

Львовтың айтуынша, кванттық компьютердің пайда болуы киберқылмыскерлердің жұмысын жеңілдетеді. Бүгінгі күні белгілі бірде-бір шифрлау құралы өзін нақты кванттық компьютердің өңдеу күшінен қорғай алмайды.

Медициналық құжаттар, қаржылық ақпарат, тіпті үкіметтер мен әскери ұйымдардың құпиялары да қол жетімді болады, бұл Львовский атап өткендей, жаңа технология бүкіл әлемдік тәртіпке қауіп төндіруі мүмкін дегенді білдіреді. Басқа сарапшылар ресейліктердің қорқынышы негізсіз деп санайды, өйткені нақты кванттық суперкомпьютерді жасау да мүмкіндік береді. кванттық криптографияны бастады, бұзылмайтын болып саналады.

Басқа тәсіл

Дәстүрлі компьютерлік технологиялар мен кванттық жүйелерді дамытудан басқа, әртүрлі орталықтар болашақтың суперкомпьютерлерін құрудың басқа әдістерімен жұмыс істейді.

Америкалық DARPA агенттігі баламалы компьютерлік дизайн шешімдерінің алты орталығын қаржыландырады. Қазіргі машиналарда қолданылатын архитектураны шартты түрде атайды фон Нейман сәулет өнеріӘй, ол жетпіс жаста. Қорғаныс ұйымының университет зерттеушілеріне қолдау көрсетуі деректердің үлкен көлемін өңдеуге бұрынғыдан да ақылды тәсілді дамытуға бағытталған.

Буферлеу және параллельді есептеулер Міне, осы командалар жұмыс істеп жатқан жаңа әдістердің кейбір мысалдары. Басқа ADA (), бұл процессор мен жад компоненттерін модульдері бар аналық платаға қосу мәселелерін шешудің орнына бір жинаққа түрлендіру арқылы қолданбаларды әзірлеуді жеңілдетеді.

Өткен жылы Ұлыбритания мен Ресейден келген зерттеушілер тобы бұл түрін сәтті көрсетті «Сиқырлы шаң»олардан тұрады жарық және материя - сайып келгенде, «өнімділік» бойынша ең қуатты суперкомпьютерлерден де жоғары.

Британдық Кембридж, Саутгемптон және Кардифф университеттерінің және ресейлік Сколково институтының ғалымдары кванттық бөлшектерді пайдаланды. поляритоннаноны жарық пен материя арасындағы нәрсе ретінде анықтауға болады. Бұл компьютерлік есептеулерге мүлдем жаңа көзқарас. Ғалымдардың пікірінше, ол биология, қаржы және ғарыштық саяхат сияқты әртүрлі салалардағы қазіргі таңда шешілмейтін мәселелерді шешуге қабілетті компьютердің жаңа түрінің негізін құра алады. Зерттеу нәтижелері Nature Materials журналында жарияланған.

Есіңізде болсын, қазіргі суперкомпьютерлер проблемалардың аз ғана бөлігін шеше алады. Тіпті гипотетикалық кванттық компьютер, егер ол ақырында құрастырылса, ең жақсы жағдайда ең күрделі есептерді шешу үшін квадраттық жылдамдықты қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, «ертегі шаңын» жасайтын поляритондар галлий, мышьяк, индий және алюминий атомдарының қабаттарын лазер сәулелерімен белсендіру арқылы жасалады.

Бұл қабаттардағы электрондар белгілі бір түсті жарықты жұтып, шығарады. Поляритондар электрондардан он мың есе жеңіл және материяның жаңа күйін тудыру үшін жеткілікті тығыздыққа жете алады. Бозе-Эйнштейн конденсаты (сегіз). Ондағы поляритондардың кванттық фазалары синхрондалады және фотолюминесценция өлшемдері арқылы анықталуы мүмкін біртұтас макроскопиялық кванттық объектіні құрайды.

8. Бозе-Эйнштейн конденсатын көрсететін сызба

Осы нақты күйде поляритон конденсаты кванттық компьютерлерді сипаттағанда біз айтқан оңтайландыру мәселесін кубит негізіндегі процессорларға қарағанда әлдеқайда тиімді шеше алатыны белгілі болды. Британ-орыс зерттеулерінің авторлары поляритондар конденсацияланғанда олардың кванттық фазалары күрделі функцияның абсолютті минимумына сәйкес келетін конфигурацияда орналасатынын көрсетті.

«Біз күрделі мәселелерді шешу үшін поляритондық сюжеттердің әлеуетін зерттеудің басында тұрмыз», - деп жазады Nature Materials авторларының бірі проф. Павлос Лагудакис, Саутгемптон университетінің гибридті фотоника зертханасының меңгерушісі. «Қазір біз негізгі өңдеу қуатын сынау кезінде құрылғымызды жүздеген түйіндерге дейін кеңейтіп жатырмыз».

Жарық пен материяның нәзік кванттық фазалары әлеміндегі осы эксперименттерде тіпті кванттық процессорлар да ебедейсіз және шындықпен тығыз байланысты болып көрінеді. Көріп отырғаныңыздай, ғалымдар ертеңгі суперкомпьютерлерде және ертеңгі күннің машиналарында жұмыс істеп қана қоймайды, олар ертеңгі күні не болатынын жоспарлауда.

Осы кезде exascale деңгейіне жету өте қиын болады, содан кейін сіз флоп шкаласының келесі кезеңдері туралы ойланасыз (9). Сіз болжағандай, оған процессорлар мен жадты қосу жеткіліксіз. Ғалымдар сенетін болса, мұндай қуатты есептеу қуатына қол жеткізу ісік ауруын шешу немесе астрономиялық деректерді талдау сияқты бізге белгілі мегапроблемаларды шешуге мүмкіндік береді.

9. Суперкомпьютерлердің болашағы

Сұрақты жауаппен сәйкестендіріңіз

Ары қарай не?

Ал, кванттық компьютерлер жағдайында оларды не үшін пайдалану керек деген сұрақтар туындайды. Ескі сөзге сәйкес, компьютерлер оларсыз болмайтын мәселелерді шешеді. Сондықтан біз алдымен осы футуристік супермашиналарды жасауымыз керек. Сонда проблемалар өздігінен пайда болады.

Кванттық компьютерлер қандай салаларда пайдалы болуы мүмкін?

Жасанды интеллект. AI () тәжірибе арқылы үйрену принципі бойынша жұмыс істейді, ол кері байланыс алынған сайын және компьютерлік бағдарлама «ақылды» болғанша дәлірек болады. Кері байланыс бірқатар ықтимал нұсқалардың ықтималдықтарының есептеулеріне негізделген. Мысалы, Lockheed Martin өзінің D-Wave кванттық компьютерін классикалық компьютерлер үшін тым күрделі автопилоттық бағдарламалық қамтамасыз етуді сынау үшін пайдалануды жоспарлап отырғанын білеміз, ал Google кванттық компьютерді автомобильдерді көрнекті орындардан ажырата алатын бағдарламалық қамтамасыз етуді жасау үшін пайдаланады. .

Молекулалық модельдеу. Кванттық компьютерлердің арқасында химиялық реакциялар үшін оңтайлы конфигурацияларды іздей отырып, молекулалық өзара әрекеттесулерді дәл модельдеу мүмкін болады. Кванттық химияның күрделілігі сонша, қазіргі цифрлық компьютерлер ең қарапайым молекулаларды ғана талдай алады. Химиялық реакциялар табиғатта кванттық болып табылады, өйткені олар бір-бірін жабатын өте шатастырылған кванттық күйлерді жасайды, сондықтан толық дамыған кванттық компьютерлер тіпті ең күрделі процестерді оңай бағалай алады. Google-де бұл салада әзірлемелер бар - олар сутегі молекуласын модельдеді. Нәтижесінде күн батареяларынан бастап дәрі-дәрмекке дейін тиімдірек өнімдер пайда болады.

Криптография. Бүгінгі күні қауіпсіздік жүйелері тиімді бастапқы буынға тәуелді. Бұған барлық мүмкін факторларды қарастыру арқылы сандық компьютерлермен қол жеткізуге болады, бірақ мұны істеу үшін қажет уақыттың көптігі «кодты бұзуды» қымбат және практикалық емес етеді. Сонымен қатар, кванттық компьютерлер мұны сандық машиналарға қарағанда экспоненциалды түрде жасай алады, яғни бүгінгі қауіпсіздік әдістері жақын арада ескіреді. Сондай-ақ кванттық шифрлаудың перспективалы әдістері бар, олар кванттық шиеленістің бір бағытты сипатын пайдалану үшін әзірленеді. Қалалық желілер бірнеше елде көрсетілді және жақында қытай ғалымдары орбиталық «кванттық» спутниктен оралған фотондарды Жерге үш бөлек базалық станцияға сәтті жіберетінін хабарлады.

Қаржылық модельдеу. Қазіргі нарықтар өмірдегі ең күрделі жүйелердің бірі болып табылады. Оларды сипаттау мен бақылаудың ғылыми-математикалық аппараты жасалғанымен, ғылыми пәндер арасындағы түбегейлі айырмашылыққа байланысты мұндай іс-әрекеттердің тиімділігі әлі де айтарлықтай дәрежеде жеткіліксіз: эксперименттер жүргізуге болатын басқарылатын орта жоқ. Бұл мәселені шешу үшін инвесторлар мен сарапшылар кванттық есептеулерге жүгінді. Бірден артықшылығы - кванттық компьютерлерге тән кездейсоқтық қаржы нарықтарының стохастикалық сипатына сәйкес келеді. Инвесторлар көбінесе кездейсоқ құрылған сценарийлердің өте үлкен санында нәтижелердің таралуын бағалауды қалайды.

Ауа райы болжамы. NOAA бас экономисі Родни Ф. Вейхер АҚШ ЖІӨ-нің 30% дерлік (6 триллион доллар) ауа райына тікелей немесе жанама тәуелді екенін мәлімдейді. азық-түлік өндірісіне, тасымалдауға және бөлшек саудаға арналған. Осылайша, табиғи апаттан қорғауға бөлінген ұзақ уақытты айтпағанда, аураны жақсы болжау мүмкіндігі көптеген салаларда өте пайдалы болар еді. Ұлыбританияның ұлттық метеорологиялық бөлімшесі, Мет-офис 2020 жылдан бастап шешуге тура келетін қуат пен ауқымдылық қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін осындай инновацияларға инвестиция сала бастады және өзінің ауқымды есептеу қажеттіліктері туралы есебін жариялады.

Бөлшектердің физикасы. Қатты бөлшектер физикасының модельдері көбінесе сандық модельдеу үшін көп есептеу уақытын қажет ететін өте күрделі, күрделі шешімдер болып табылады. Бұл оларды кванттық есептеулер үшін өте қолайлы етеді, ал ғалымдар бұған қазірдің өзінде кіріскен. Жақында Инсбрук университетінің және Кванттық оптика және кванттық ақпарат институтының (IQOQI) зерттеушілері осы модельдеуді орындау үшін бағдарламаланатын кванттық жүйені пайдаланды. Nature басылымында жарияланған мәліметке сәйкес, топ кванттық компьютердің қарапайым нұсқасын пайдаланды, онда иондар логикалық операцияларды орындады, кез келген компьютерлік есептеудің негізгі қадамдары. Модельдеу сипатталған физиканың нақты тәжірибелерімен толық сәйкестігін көрсетті. - дейді физик-теоретик Питер Цоллер. -