ყოფილი ჰორიზონტი - და მის ფარგლებს გარეთ ...

ერთის მხრივ, მათ უნდა დაგვეხმარონ კიბოს დამარცხებაში, ამინდის ზუსტად პროგნოზირებაში და ბირთვული შერწყმის დაუფლებაში. მეორეს მხრივ, არსებობს შიში, რომ ისინი გამოიწვევს გლობალურ განადგურებას ან კაცობრიობის დამონებას. თუმცა, ამ დროისთვის, გამოთვლითი მონსტრები ჯერ კიდევ ვერ ახერხებენ ერთდროულად დიდი სიკეთის და საყოველთაო ბოროტების კეთებას.

60-იან წლებში ყველაზე ეფექტურ კომპიუტერებს ჰქონდათ ძალა მეგაფლოპები (მილიონობით მცურავი პუნქტიანი ოპერაცია წამში). პირველი კომპიუტერი დამუშავების სიმძლავრით ზემოთ XFX GFLOPS (გიგაფლოპსი) იყო კრეი 2, დამზადებულია Cray Research-ის მიერ 1985 წელს. პირველი მოდელი დამუშავების სიმძლავრით 1 TFLOPS-ზე მეტი (ტერაფლოპსი) იყო ASCI წითელიშეიქმნა Intel-ის მიერ 1997 წელს. სიმძლავრე 1 PFLOPS (პეტაფლოპსი) მიღწეულია საგზაო მორბენალიIBM-ის მიერ გამოშვებული 2008 წელს.

მიმდინარე გამოთვლითი სიმძლავრის ჩანაწერი ეკუთვნის ჩინურ Sunway TaihuLight-ს და არის 9 PFLOPS.

თუმცა, როგორც ხედავთ, ყველაზე მძლავრ მანქანებს ჯერ არ მიუღწევიათ ასობით პეტაფლოპს, უფრო და უფრო მეტს ეგზასკალი სისტემებირომელშიც ძალაუფლება უნდა იყოს გათვალისწინებული ეგზფლოფსახი (EFLOPS), ე.ი. დაახლოებით 1018-ზე მეტი ოპერაცია წამში. თუმცა, ასეთი დიზაინები ჯერ კიდევ მხოლოდ სხვადასხვა ხარისხის დახვეწილობის პროექტების ეტაპზეა.

შემცირება (, მცურავი წერტილის ოპერაციები წამში) არის გამოთვლითი სიმძლავრის ერთეული, რომელიც ძირითადად გამოიყენება სამეცნიერო პროგრამებში. ის უფრო მრავალმხრივია, ვიდრე ადრე გამოყენებული MIPS ბლოკი, რაც ნიშნავს პროცესორის ინსტრუქციების რაოდენობას წამში. ფლოპი არ არის SI, მაგრამ ის შეიძლება განიმარტოს, როგორც 1/წმ ერთეული.

თქვენ გჭირდებათ ეგზასკალი კიბოსთვის

ეგზაფლოპსი, ანუ ათასი პეტაფლოპი, მეტია, ვიდრე XNUMX საუკეთესო სუპერკომპიუტერი ერთად. მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ ასეთი სიმძლავრის მქონე მანქანების ახალი თაობა მიღწევებს მოაქვს სხვადასხვა სფეროში.

Exascale გამოთვლითი სიმძლავრე, რომელიც შერწყმულია სწრაფად განვითარებად მანქანათმცოდნეობის ტექნოლოგიებთან, უნდა დაეხმაროს, მაგალითად, საბოლოოდ გატეხეთ კიბოს კოდი. მონაცემების რაოდენობა, რომელიც ექიმებს უნდა ჰქონდეთ კიბოს დიაგნოსტიკისა და მკურნალობისთვის, იმდენად დიდია, რომ ჩვეულებრივი კომპიუტერებისთვის რთულია ამ ამოცანის შესრულება. ტიპიური ერთჯერადი სიმსივნის ბიოფსიის კვლევისას, აღებულია 8 მილიონზე მეტი გაზომვა, რომლის დროსაც ექიმები აანალიზებენ სიმსივნის ქცევას, მის პასუხს ფარმაკოლოგიურ მკურნალობაზე და გავლენას პაციენტის სხეულზე. ეს არის მონაცემთა ნამდვილი ოკეანე.

თქვა რიკ სტივენსმა აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის (DOE) არგონის ლაბორატორიიდან. -

მეცნიერები მუშაობენ სამედიცინო კვლევების გამოთვლით ძალასთან ერთად CANDLE ნერვული ქსელის სისტემა (). ეს საშუალებას გაძლევთ წინასწარ განსაზღვროთ და შეიმუშაოთ მკურნალობის გეგმა, რომელიც მორგებულია თითოეული პაციენტის ინდივიდუალურ საჭიროებებზე. ეს დაეხმარება მეცნიერებს გააცნობიერონ ძირითადი ცილოვანი ურთიერთქმედების მოლეკულური საფუძველი, შეიმუშაონ წამალზე პასუხის პროგნოზირებადი მოდელები და შემოგვთავაზონ მკურნალობის ოპტიმალური სტრატეგიები. არგონი თვლის, რომ ეგზასკალის სისტემები შეძლებენ CANDLE აპლიკაციის გაშვებას 50-დან 100-ჯერ უფრო სწრაფად, ვიდრე დღეს ცნობილი ყველაზე ძლიერი სუპერმანქანები.

ამიტომ, ჩვენ მოუთმენლად ველით ეგზასკალის სუპერკომპიუტერების გამოჩენას. თუმცა, პირველი ვერსიები სულაც არ გამოჩნდება აშშ-ში. რა თქმა უნდა, აშშ რბოლაშია მათ შესაქმნელად, ხოლო ადგილობრივი ხელისუფლება პროექტში, რომელიც ცნობილია როგორც არორა თანამშრომლობს AMD-თან, IBM-თან, Intel-თან და Nvidia-სთან, ცდილობს წინ გასწიოს უცხოელ კონკურენტებთან. თუმცა, ეს არ არის მოსალოდნელი 2021 წლამდე. იმავდროულად, 2017 წლის იანვარში ჩინელმა ექსპერტებმა განაცხადეს ეგზასკალის პროტოტიპის შექმნის შესახებ. ამ ტიპის გამოთვლითი ერთეულის სრულად მოქმედი მოდელი არის - თიანე -3 - თუმცა, ნაკლებად სავარაუდოა, რომ ის მზად იქნება უახლოეს წლებში.

ჩინელები მაგრად იჭერენ

ფაქტია, რომ 2013 წლიდან ჩინეთის განვითარება მსოფლიოში ყველაზე მძლავრი კომპიუტერების სიაში ლიდერობს. ის წლების განმავლობაში დომინირებდა თიანე -2ახლა კი პალმა ხსენებულს ეკუთვნის Sunway TaihuLight. ითვლება, რომ შუა სამეფოს ეს ორი უძლიერესი მანქანა ბევრად უფრო ძლიერია, ვიდრე აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის ოცდაერთი სუპერკომპიუტერი.

ამერიკელ მეცნიერებს, რა თქმა უნდა, სურთ დაიბრუნონ წამყვანი პოზიცია, რომელიც მათ ხუთი წლის წინ ეკავათ და მუშაობენ სისტემაზე, რომელიც მათ ამის საშუალებას მისცემს. ის შენდება ტენესის ოუკ რიჯის ეროვნულ ლაბორატორიაში. სამიტზე (2), სუპერკომპიუტერი, რომელიც დაგეგმილია ექსპლუატაციაში ამ წლის ბოლოს. ის აჭარბებს Sunway TaihuLight-ის ძალას. ის გამოყენებული იქნება ახალი მასალების შესამოწმებლად და შესაქმნელად, რომლებიც უფრო ძლიერი და მსუბუქია, დედამიწის ინტერიერის სიმულაციისთვის აკუსტიკური ტალღების გამოყენებით და ასტროფიზიკის პროექტების მხარდასაჭერად, რომლებიც იკვლევენ სამყაროს წარმოშობას.

2. Summit სუპერკომპიუტერის სივრცითი გეგმა

არგონის ხსენებულ ეროვნულ ლაბორატორიაში მეცნიერები მალე გეგმავენ კიდევ უფრო სწრაფი მოწყობილობის შექმნას. Ცნობილი როგორც A21მოსალოდნელია, რომ შესრულება 200 პეტაფლოპს მიაღწევს.

სუპერკომპიუტერების რბოლაში იაპონიაც მონაწილეობს. მიუხედავად იმისა, რომ ცოტა ხნის წინ ის გარკვეულწილად დაჩრდილა აშშ-ჩინეთის მეტოქეობით, სწორედ ეს ქვეყანა გეგმავს გაშვებას ABC სისტემა (), გვთავაზობს სიმძლავრის 130 პეტაფლოპს. იაპონელები იმედოვნებენ, რომ ასეთი სუპერკომპიუტერი შეიძლება გამოყენებულ იქნას AI (ხელოვნური ინტელექტის) ან ღრმა სწავლის გასავითარებლად.

იმავდროულად, ევროპარლამენტმა ახლახან გადაწყვიტა ევროკავშირის მილიარდი ევროს სუპერკომპიუტერის აშენება. ეს კომპიუტერული მონსტრი მუშაობას ჩვენი კონტინენტის კვლევითი ცენტრებისთვის 2022 და 2023 წლის ბოლოს დაიწყებს. მანქანა აშენდება შიგნით EuroGPK პროექტიხოლო მის მშენებლობას წევრი ქვეყნები დააფინანსებენ - ამიტომ ამ პროექტში მონაწილეობას პოლონეთიც მიიღებს. მის პროგნოზირებულ სიმძლავრეს ჩვეულებრივ მოიხსენიებენ, როგორც "წინასწარ ეგზასკალას".

ჯერჯერობით, 2017 წლის რეიტინგის მიხედვით, მსოფლიოში ხუთასი ყველაზე სწრაფი სუპერკომპიუტერიდან, ჩინეთს აქვს 202 ასეთი მანქანა (40%), ხოლო ამერიკა აკონტროლებს 144-ს (29%).

ჩინეთი ასევე იყენებს მსოფლიო გამოთვლითი სიმძლავრის 35%-ს აშშ-ში 30%-თან შედარებით. სიაში ყველაზე მეტი სუპერკომპიუტერის მქონე შემდეგი ქვეყნებია იაპონია (35 სისტემა), გერმანია (20), საფრანგეთი (18) და დიდი ბრიტანეთი (15). აღსანიშნავია, რომ, მიუხედავად წარმოშობის ქვეყნისა, ხუთასივე ყველაზე ძლიერი სუპერკომპიუტერი იყენებს Linux-ის სხვადასხვა ვერსიას ...

ისინი თავად ქმნიან დიზაინს

სუპერკომპიუტერები უკვე არის ღირებული ინსტრუმენტი, რომელიც მხარს უჭერს მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ინდუსტრიებს. ისინი მკვლევარებსა და ინჟინრებს საშუალებას აძლევს განახორციელონ სტაბილური პროგრესი (და ზოგჯერ უზარმაზარი ნახტომებიც კი) ისეთ სფეროებში, როგორიცაა ბიოლოგია, ამინდისა და კლიმატის პროგნოზირება, ასტროფიზიკა და ბირთვული იარაღი.

დანარჩენი მათ ძალაზეა დამოკიდებული. მომდევნო ათწლეულების განმავლობაში სუპერკომპიუტერების გამოყენებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად შეცვალოს იმ ქვეყნების ეკონომიკური, სამხედრო და გეოპოლიტიკური მდგომარეობა, რომლებსაც აქვთ წვდომა ამ ტიპის უახლესი ინფრასტრუქტურაზე.

ამ სფეროში პროგრესი იმდენად სწრაფია, რომ ახალი თაობის მიკროპროცესორების დიზაინი უკვე ძალიან რთული გახდა მრავალი ადამიანური რესურსისთვისაც კი. ამ მიზეზით, მოწინავე კომპიუტერული პროგრამული უზრუნველყოფა და სუპერკომპიუტერები სულ უფრო და უფრო ასრულებენ წამყვან როლს კომპიუტერების განვითარებაში, მათ შორის პრეფიქსით "სუპერ".

3. იაპონური სუპერკომპიუტერი

ფარმაცევტული კომპანიები მალე შეძლებენ სრულად ფუნქციონირებას კომპიუტერული ზესახელმწიფოების წყალობით ადამიანის გენომის უზარმაზარი რაოდენობის დამუშავება, ცხოველები და მცენარეები, რომლებიც ხელს შეუწყობენ ახალი მედიკამენტების და სხვადასხვა დაავადების სამკურნალო საშუალებების შექმნას.

კიდევ ერთი მიზეზი (სინამდვილეში ერთ-ერთი მთავარი) რატომ აკეთებენ მთავრობები ამდენ ინვესტიციას სუპერკომპიუტერების განვითარებაში. უფრო ეფექტური მანქანები დაეხმარება მომავალ სამხედრო ლიდერებს შეიმუშაონ მკაფიო საბრძოლო სტრატეგიები ნებისმიერ საბრძოლო სიტუაციაში, დაუშვას იარაღის უფრო ეფექტური სისტემების შემუშავება და ასევე დაეხმარება სამართალდამცავ და სადაზვერვო სააგენტოებს პოტენციური საფრთხეების წინასწარ იდენტიფიცირებაში.

არ არის საკმარისი ძალა ტვინის სიმულაციისთვის

ახალი სუპერკომპიუტერები უნდა დაეხმარონ ჩვენთვის დიდი ხნის განმავლობაში ცნობილი ბუნებრივი სუპერკომპიუტერის - ადამიანის ტვინის გაშიფვრას.

მეცნიერთა საერთაშორისო ჯგუფმა ახლახან შეიმუშავა ალგორითმი, რომელიც წარმოადგენს მნიშვნელოვან ახალ ნაბიჯს ტვინის ნერვული კავშირების მოდელირებაში. ახალი NOT-ალგორითმი, რომელიც აღწერილია ღია ხელმისაწვდომობის ნაშრომში, რომელიც გამოქვეყნდა Frontiers in Neuroinformatics-ში, მოსალოდნელია, რომ მოახდინოს ადამიანის ტვინში 100 მილიარდი ურთიერთდაკავშირებული ნეირონის სიმულაცია სუპერკომპიუტერებზე. მუშაობაში ჩართული იყვნენ გერმანული კვლევითი ცენტრის იულიხის, ნორვეგიის სიცოცხლის მეცნიერებათა უნივერსიტეტის, ახენის უნივერსიტეტის, იაპონური RIKEN ინსტიტუტისა და სტოკჰოლმის KTH სამეფო ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მეცნიერები.

2014 წლიდან, გერმანიის იულიხის სუპერკომპიუტერულ ცენტრში მდებარე სუპერკომპიუტერებზე RIKEN და JUQUEEN სუპერკომპიუტერებზე გადის ფართომასშტაბიანი ნერვული ქსელის სიმულაციები, რომლებიც ახდენენ ადამიანის ტვინში ნეირონების დაახლოებით 1%-ის კავშირების სიმულაციას. რატომ მხოლოდ ამდენი? შეუძლიათ თუ არა სუპერკომპიუტერებს მთელი ტვინის სიმულაცია?

Susanne Kunkel შვედური კომპანია KTH განმარტავს.

სიმულაციის დროს ნეირონის მოქმედების პოტენციალი (მოკლე ელექტრული იმპულსები) უნდა გაიგზავნოს დაახლოებით 100-ვე ადამიანზე. პატარა კომპიუტერები სახელწოდებით კვანძები, თითოეული აღჭურვილია რამდენიმე პროცესორით, რომლებიც ასრულებენ რეალურ გამოთვლებს. თითოეული კვანძი ამოწმებს ამ იმპულსებიდან რომელია დაკავშირებული ამ კვანძში არსებულ ვირტუალურ ნეირონებთან.

4. ნეირონების ტვინის კავშირების მოდელირება, ე.ი. ჩვენ მხოლოდ მოგზაურობის დასაწყისში ვართ (1%)

ცხადია, კომპიუტერის მეხსიერების რაოდენობა, რომელიც საჭიროა პროცესორებისთვის ამ დამატებითი ბიტებისთვის თითო ნეირონზე, იზრდება ნერვული ქსელის ზომასთან ერთად. მთელი ადამიანის ტვინის 1%-იანი სიმულაციის მიღმა (4) საჭიროა XNUMX-ჯერ მეტი მეხსიერება ვიდრე დღეს ხელმისაწვდომია ყველა სუპერკომპიუტერში. მაშასადამე, მთელი ტვინის სიმულაციის მოპოვებაზე საუბარი მხოლოდ მომავალი ეგზასკალური სუპერკომპიუტერების კონტექსტში იქნება შესაძლებელი. სწორედ აქ უნდა იმუშაოს შემდეგი თაობის NEST ალგორითმი.

მსოფლიოს TOP-5 სუპერკომპიუტერი

1. Sunway TaihuLight – 93 PFLOPS სუპერკომპიუტერი 2016 წელს ჩინეთში, ვუქსიში დაიწყო. 2016 წლის ივნისიდან ის მსოფლიოში ყველაზე მაღალი გამოთვლითი სიმძლავრის მქონე სუპერკომპიუტერების TOP500 სიის სათავეშია.

2. Tianhe-2 (ირმის ნახტომი-2) არის სუპერკომპიუტერი 33,86 PFLOPS გამოთვლითი სიმძლავრის მქონე NUDT () მიერ ჩინეთში. 2013 წლის ივნისიდან

2016 წლის ივნისამდე ის იყო ყველაზე სწრაფი სუპერკომპიუტერი მსოფლიოში.

3. Piz Daint - კრეის მიერ შემუშავებული დიზაინი, დაინსტალირებული შვეიცარიის ეროვნულ სუპერკომპიუტერულ ცენტრში (). იგი ცოტა ხნის წინ განახლდა - Nvidia Tesla K20X ამაჩქარებლები შეიცვალა ახლით, Tesla P100, რამაც შესაძლებელი გახადა გამოთვლითი სიმძლავრის გაზრდა 2017-დან 9,8 PFLOPS-მდე 19,6 წლის ზაფხულში.

4. გიოკოუ არის სუპერკომპიუტერი, რომელიც შექმნილია ExaScaler-ისა და PEZY Computing-ის მიერ. მდებარეობს იოკოჰამას გეომეცნიერებათა ინსტიტუტის საზღვაო მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების იაპონიის სააგენტოში (JAMSTEC); დედამიწის სიმულატორის იმავე სართულზე. სიმძლავრე: 19,14 PFLOPs.

5. ტიტანი არის 17,59 PFLOPS სუპერკომპიუტერი, რომელიც დამზადებულია Cray Inc. და დაიწყო 2012 წლის ოქტომბერში ამერიკის შეერთებულ შტატებში, Oak Ridge-ის ეროვნულ ლაბორატორიაში. 2012 წლის ნოემბრიდან 2013 წლის ივნისამდე Titan იყო მსოფლიოში ყველაზე სწრაფი სუპერკომპიუტერი. ის ამჟამად მეხუთე ადგილზეა, მაგრამ მაინც არის ყველაზე სწრაფი სუპერკომპიუტერი აშშ-ში.

ისინი ასევე ეჯიბრებიან კვანტურ უპირატესობას

IBM თვლის, რომ მომდევნო ხუთი წლის განმავლობაში, არა სუპერკომპიუტერები, რომლებიც დაფუძნებულია ტრადიციულ სილიკონის ჩიპებზე, არამედ დაიწყებენ მაუწყებლობას. კომპანიის მკვლევარების აზრით, ინდუსტრია ახლახან იწყებს იმის გაგებას, თუ როგორ შეიძლება კვანტური კომპიუტერების გამოყენება. ინჟინრები სავარაუდოდ აღმოაჩენენ ამ მანქანების პირველ ძირითად აპლიკაციებს სულ რაღაც ხუთ წელიწადში.

კვანტური კომპიუტერები იყენებენ გამოთვლით ერთეულს ე.წ კუბიტი. ჩვეულებრივი ნახევარგამტარები წარმოადგენენ ინფორმაციას 1 და 0 მიმდევრობების სახით, ხოლო კუბიტები აჩვენებენ კვანტურ თვისებებს და შეუძლიათ ერთდროულად შეასრულონ გამოთვლები როგორც 1 და 0. ეს ნიშნავს, რომ ორ კუბიტს შეუძლია ერთდროულად წარმოადგინოს 1-0, 1-1, 0-1 მიმდევრობები. . 0-0. გამოთვლითი სიმძლავრე ექსპონენტურად იზრდება ყოველ კუბიტთან ერთად, ასე რომ თეორიულად კვანტურ კომპიუტერს მხოლოდ 50 კუბიტით შეიძლება ჰქონდეს უფრო მეტი დამუშავების სიმძლავრე, ვიდრე მსოფლიოს უძლიერეს სუპერკომპიუტერებს.

D-Wave Systems უკვე ყიდის კვანტურ კომპიუტერს, რომელთაგან, როგორც ამბობენ, 2 არის. კუბიტები. თუმცა D-Wav ასლებიe(5) სადავოა. მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთმა მკვლევარმა გამოიყენა ისინი კარგად, მათ მაინც არ გაუსწრეს კლასიკურ კომპიუტერებს და გამოსადეგია მხოლოდ გარკვეული კლასის ოპტიმიზაციის პრობლემებისთვის.

5. D-Wave კვანტური კომპიუტერები

რამდენიმე თვის წინ Google Quantum AI Lab-მა აჩვენა ახალი 72 კუბიტიანი კვანტური პროცესორი ე.წ. ჯაგარის კონუსები (6). შესაძლოა მალე მიაღწიოს „კვანტურ უზენაესობას“ კლასიკური სუპერკომპიუტერის გადალახვით, ყოველ შემთხვევაში, როდესაც საქმე ეხება გარკვეული პრობლემების გადაჭრას. როდესაც კვანტური პროცესორი აჩვენებს შეცდომის საკმაოდ დაბალ კოეფიციენტს ექსპლუატაციაში, ის შეიძლება იყოს უფრო ეფექტური ვიდრე კლასიკური სუპერკომპიუტერი კარგად განსაზღვრული IT ამოცანებით.

6. Bristlecone 72 კუბიტიანი კვანტური პროცესორი

შემდეგი იყო Google პროცესორი, რადგან იანვარში, მაგალითად, Intel-მა გამოაცხადა საკუთარი 49 კუბიტიანი კვანტური სისტემა, უფრო ადრე კი IBM-მა წარმოადგინა 50 კუბიტიანი ვერსია. ინტელის ჩიპი, ლოიჰი, ის ინოვაციურია სხვა კუთხითაც. ეს არის პირველი „ნეირომორფული“ ინტეგრირებული წრე, რომელიც შექმნილია იმისთვის, რომ მიბაძოს ადამიანის ტვინს, როგორ სწავლობს და ესმის. ის არის „სრულად ფუნქციონალური“ და ხელმისაწვდომი იქნება კვლევის პარტნიორებისთვის ამ წლის ბოლოს.

თუმცა, ეს მხოლოდ დასაწყისია, რადგან იმისათვის, რომ შეძლოთ სილიკონის მონსტრების გამკლავება, საჭიროა ზ მილიონობით კუბიტი. დელფტის ჰოლანდიის ტექნიკური უნივერსიტეტის მეცნიერთა ჯგუფი იმედოვნებს, რომ ასეთი მასშტაბის მიღწევის გზა კვანტურ კომპიუტერებში სილიციუმის გამოყენებაა, რადგან მათმა წევრებმა იპოვეს გამოსავალი, როგორ გამოიყენონ სილიკონი პროგრამირებადი კვანტური პროცესორის შესაქმნელად.

მათ კვლევაში, რომელიც გამოქვეყნდა ჟურნალში Nature-ში, ჰოლანდიის გუნდი აკონტროლებდა ერთი ელექტრონის ბრუნვას მიკროტალღური ენერგიის გამოყენებით. სილიციუმში ელექტრონი ერთდროულად ტრიალებს ზევით და ქვევით და ეფექტურად ინარჩუნებს მას ადგილზე. როგორც კი ეს მიღწეული იქნა, გუნდმა დააკავშირა ორი ელექტრონი და დააპროგრამა ისინი კვანტური ალგორითმების გასაშვებად.

შესაძლებელი იყო სილიკონის ბაზაზე შექმნა ორბიტიანი კვანტური პროცესორი.

ექიმმა ტომ უოტსონმა, კვლევის ერთ-ერთმა ავტორმა, განუმარტა BBC-ს. თუ უოტსონი და მისი გუნდი მოახერხებენ კიდევ უფრო მეტი ელექტრონის შერწყმას, ამან შეიძლება აჯანყება გამოიწვიოს. კუბიტი პროცესორებიეს ერთი ნაბიჯით მოგვაახლოებს მომავლის კვანტურ კომპიუტერებთან.

- ვინც ააშენებს სრულად მოქმედ კვანტურ კომპიუტერს, ის მართავს მსოფლიოს მანას მუხერჯიმ სინგაპურის ეროვნული უნივერსიტეტიდან და კვანტური ტექნოლოგიების ეროვნული ცენტრის მთავარმა გამომძიებელმა ცოტა ხნის წინ განაცხადა ინტერვიუში. რბოლა უდიდეს ტექნოლოგიურ კომპანიებსა და კვლევით ლაბორატორიებს შორის ამჟამად ორიენტირებულია ე.წ კვანტური უზენაესობა, წერტილი, როდესაც კვანტურ კომპიუტერს შეუძლია გამოთვლების შესრულება იმაზე მეტი, რაც ყველაზე მოწინავე თანამედროვე კომპიუტერებს შეუძლიათ.

Google-ის, IBM-ისა და Intel-ის მიღწევების ზემოთ მოყვანილი მაგალითები მიუთითებს იმაზე, რომ ამ სფეროში დომინირებენ კომპანიები შეერთებული შტატებიდან (და, შესაბამისად, სახელმწიფოდან). თუმცა, ჩინურმა Alibaba Cloud-მა ახლახან გამოუშვა 11-კუბიტიანი ღრუბლოვანი გამოთვლითი პლატფორმა, რომელიც მეცნიერებს საშუალებას აძლევს გამოსცადონ ახალი კვანტური ალგორითმები. ეს ნიშნავს, რომ ჩინეთი კვანტური გამოთვლითი ბლოკების სფეროში ასევე არ ფარავს მსხალს ფერფლით.

თუმცა, კვანტური სუპერკომპიუტერების შექმნის მცდელობები არა მხოლოდ ენთუზიაზმით არის განწყობილი ახალი შესაძლებლობებით, არამედ იწვევს კამათსაც.

რამდენიმე თვის წინ, მოსკოვში კვანტური ტექნოლოგიების საერთაშორისო კონფერენციაზე, ალექსანდრე ლვოვსკიმ (7) რუსული კვანტური ცენტრიდან, რომელიც ასევე არის ფიზიკის პროფესორი კანადაში, კალგარის უნივერსიტეტში, თქვა, რომ კვანტური კომპიუტერები განადგურების ინსტრუმენტიშექმნის გარეშე.

7. პროფესორი ალექსანდრე ლვოვსკი

რას გულისხმობდა? პირველ რიგში, ციფრული უსაფრთხოება. ამჟამად, ინტერნეტით გადაცემული ყველა მგრძნობიარე ციფრული ინფორმაცია დაშიფრულია დაინტერესებული მხარის კონფიდენციალურობის დასაცავად. ჩვენ უკვე ვნახეთ შემთხვევები, როდესაც ჰაკერებს შეეძლოთ ამ მონაცემების ჩაჭრა დაშიფვრის დარღვევით.

ლვოვის თქმით, კვანტური კომპიუტერის გამოჩენა კიბერკრიმინალებს მხოლოდ გაუადვილებს. დღეს ცნობილი არც ერთი დაშიფვრის ინსტრუმენტი არ შეუძლია დაიცვას თავი რეალური კვანტური კომპიუტერის დამუშავების ძალისგან.

სამედიცინო ჩანაწერები, ფინანსური ინფორმაცია და მთავრობებისა და სამხედრო ორგანიზაციების საიდუმლოებებიც კი ხელმისაწვდომი იქნება პანში, რაც ნიშნავს, როგორც ლვოვსკი აღნიშნავს, რომ ახალმა ტექნოლოგიამ შეიძლება საფრთხე შეუქმნას მთელ მსოფლიო წესრიგს. სხვა ექსპერტები თვლიან, რომ რუსების შიში უსაფუძვლოა, რადგან რეალური კვანტური სუპერკომპიუტერის შექმნა ასევე საშუალებას მისცემს კვანტური კრიპტოგრაფიის დაწყება, ითვლება ურღვევად.

სხვა მიდგომა

ტრადიციული კომპიუტერული ტექნოლოგიებისა და კვანტური სისტემების განვითარების გარდა, სხვადასხვა ცენტრები მუშაობენ მომავლის სუპერკომპიუტერების აგების სხვა მეთოდებზე.

ამერიკული სააგენტო DARPA აფინანსებს ექვს ცენტრს კომპიუტერული დიზაინის ალტერნატიული გადაწყვეტილებებისთვის. თანამედროვე მანქანებში გამოყენებულ არქიტექტურას პირობითად უწოდებენ არქიტექტურა ფონ ნეუმანიოჰ, ის უკვე სამოცდაათი წლისაა. თავდაცვის ორგანიზაციის მხარდაჭერა უნივერსიტეტის მკვლევარებისთვის მიზნად ისახავს უფრო ჭკვიანური მიდგომის შემუშავებას დიდი მოცულობის მონაცემების დასამუშავებლად, ვიდრე ოდესმე.

ბუფერული და პარალელური გამოთვლა აქ მოცემულია ახალი მეთოდების მაგალითები, რომლებზეც ეს გუნდები მუშაობენ. სხვა ADA (), რომელიც ამარტივებს აპლიკაციის შემუშავებას CPU და მეხსიერების კომპონენტების მოდულებით ერთ ასამბლეად გარდაქმნით, ვიდრე დედაპლატზე მათი დაკავშირების საკითხებს.

გასულ წელს მკვლევართა ჯგუფმა დიდი ბრიტანეთიდან და რუსეთიდან წარმატებით აჩვენა, რომ ეს ტიპი "ჯადოსნური მტვერი"რომელთაგანაც ისინი შედგებიან სინათლე და მატერია - საბოლოოდ აღემატება "შესრულებით" ყველაზე მძლავრ სუპერკომპიუტერებსაც კი.

ბრიტანეთის კემბრიჯის, საუთჰემპტონისა და კარდიფის უნივერსიტეტების და რუსული სკოლკოვოს ინსტიტუტის მეცნიერებმა გამოიყენეს კვანტური ნაწილაკები, რომლებიც ცნობილია ე.წ. პოლარიტონისრომელიც შეიძლება განისაზღვროს როგორც რაღაც სინათლესა და მატერიას შორის. ეს არის სრულიად ახალი მიდგომა კომპიუტერულ გამოთვლებში. მეცნიერთა აზრით, მას შეუძლია შექმნას ახალი ტიპის კომპიუტერის საფუძველი, რომელსაც შეუძლია გადაჭრას ამჟამად გადაუჭრელი კითხვები - სხვადასხვა სფეროებში, როგორიცაა ბიოლოგია, ფინანსები და კოსმოსური მოგზაურობა. კვლევის შედეგები გამოქვეყნებულია ჟურნალში Nature Materials.

გახსოვდეთ, რომ დღევანდელ სუპერკომპიუტერებს პრობლემების მხოლოდ მცირე ნაწილის დაძლევა შეუძლიათ. ჰიპოთეტური კვანტური კომპიუტერიც კი, თუ ის საბოლოოდ აშენდება, საუკეთესო შემთხვევაში უზრუნველყოფს კვადრატულ სიჩქარეს ყველაზე რთული პრობლემების გადასაჭრელად. იმავდროულად, პოლარიტონები, რომლებიც ქმნიან "ზღაპრულ მტვერს", იქმნება გალიუმის, დარიშხანის, ინდიუმის და ალუმინის ატომების ფენების ლაზერის სხივების გააქტიურებით.

ამ ფენების ელექტრონები შთანთქავენ და ასხივებენ გარკვეული ფერის სინათლეს. პოლარიტონები ათიათასჯერ მსუბუქია ვიდრე ელექტრონები და შეუძლიათ მიაღწიონ საკმარის სიმკვრივეს, რათა წარმოქმნან მატერიის ახალი მდგომარეობა, რომელიც ცნობილია როგორც ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი (რვა). მასში პოლარიტონის კვანტური ფაზები სინქრონიზებულია და ქმნიან ერთ მაკროსკოპულ კვანტურ ობიექტს, რომლის აღმოჩენაც შესაძლებელია ფოტოლუმინესცენციის გაზომვებით.

8. ნახატი ბოზე-აინშტაინის კონდენსატზე

გამოდის, რომ ამ კონკრეტულ მდგომარეობაში, პოლარიტონის კონდენსატს შეუძლია გადაჭრას ოპტიმიზაციის პრობლემა, რომელიც ჩვენ აღვნიშნეთ კვანტური კომპიუტერების აღწერისას ბევრად უფრო ეფექტურად, ვიდრე კუბიტზე დაფუძნებული პროცესორები. ბრიტანულ-რუსული კვლევების ავტორებმა აჩვენეს, რომ პოლარიტონების კონდენსიასთან ერთად, მათი კვანტური ფაზები მოწყობილია რთული ფუნქციის აბსოლუტური მინიმუმის შესაბამისი კონფიგურაციით.

„ჩვენ საწყის ეტაპზე ვართ პოლარიტონის ნაკვეთების პოტენციალის შესწავლის პროცესში რთული პრობლემების გადასაჭრელად“, წერს Nature Materials-ის თანაავტორი პროფ. პავლოს ლაგუდაკისი, საუთჰემპტონის უნივერსიტეტის ჰიბრიდული ფოტონიკის ლაბორატორიის ხელმძღვანელი. „ამჟამად ჩვენ ვამცირებთ ჩვენს მოწყობილობას ასობით კვანძზე, ხოლო ფუძემდებლური დამუშავების სიმძლავრის ტესტირებას ვაკეთებთ“.

ამ ექსპერიმენტებში სინათლისა და მატერიის დახვეწილი კვანტური ფაზების სამყაროდან, კვანტური პროცესორებიც კი რაღაც მოუხერხებელი და მტკიცედ დაკავშირებული რეალობასთან ჩანს. როგორც ხედავთ, მეცნიერები არა მხოლოდ ხვალინდელ სუპერკომპიუტერებზე და ზეგ მანქანებზე მუშაობენ, არამედ უკვე გეგმავენ რა მოხდება ზეგ.

ამ ეტაპზე ეგზასკალის მიღწევა საკმაოდ რთული იქნება, შემდეგ თქვენ იფიქრებთ ფლოპის სკალაზე (9) შემდეგ ეტაპებზე. როგორც თქვენ ალბათ მიხვდით, მხოლოდ პროცესორისა და მეხსიერების დამატება საკმარისი არ არის. თუ მეცნიერებს დავუჯერებთ, ასეთი ძლიერი გამოთვლითი სიმძლავრის მიღწევა საშუალებას მოგვცემს გადავჭრათ ჩვენთვის ცნობილი მეგაპრობლემები, როგორიცაა კიბოს გაშიფვრა ან ასტრონომიული მონაცემების ანალიზი.

9. სუპერკომპიუტერის მომავალი

შეადარეთ შეკითხვა პასუხს

რა არის შემდეგი?

ისე, კვანტური კომპიუტერების შემთხვევაში ჩნდება კითხვები, რისთვის უნდა გამოიყენონ ისინი. ძველი ანდაზის თანახმად, კომპიუტერები წყვეტენ პრობლემებს, რომლებიც მათ გარეშე არ იარსებებდა. ასე რომ, ჩვენ ალბათ ჯერ უნდა ავაშენოთ ეს ფუტურისტული სუპერმანქანები. მაშინ პრობლემები თავისთავად წარმოიქმნება.

რა სფეროებში შეიძლება იყოს სასარგებლო კვანტური კომპიუტერები?

Ხელოვნური ინტელექტი. AI () მუშაობს გამოცდილებით სწავლის პრინციპზე, რაც უფრო და უფრო ზუსტი ხდება უკუკავშირის მიღებისას და სანამ კომპიუტერული პროგრამა არ გახდება „ჭკვიანი“. გამოხმაურება ეფუძნება რამდენიმე შესაძლო ვარიანტის ალბათობის გამოთვლებს. ჩვენ უკვე ვიცით, რომ Lockheed Martin, მაგალითად, გეგმავს გამოიყენოს თავისი D-Wave კვანტური კომპიუტერი ავტოპილოტის პროგრამული უზრუნველყოფის შესამოწმებლად, რომელიც ამჟამად ძალიან რთულია კლასიკური კომპიუტერებისთვის, ხოლო Google იყენებს კვანტურ კომპიუტერს პროგრამული უზრუნველყოფის შესაქმნელად, რომელიც განასხვავებს მანქანებს ღირშესანიშნაობებისგან.

მოლეკულური მოდელირება. კვანტური კომპიუტერების წყალობით შესაძლებელი იქნება მოლეკულური ურთიერთქმედებების ზუსტად მოდელირება, ქიმიური რეაქციების ოპტიმალური კონფიგურაციის მოძიება. კვანტური ქიმია იმდენად რთულია, რომ თანამედროვე ციფრულ კომპიუტერებს შეუძლიათ მხოლოდ უმარტივესი მოლეკულების ანალიზი. ქიმიური რეაქციები ბუნებით კვანტურია, რადგან ისინი ქმნიან უაღრესად ჩახლართულ კვანტურ მდგომარეობებს, რომლებიც ერთმანეთს გადაფარავს, ამიტომ სრულად განვითარებულ კვანტურ კომპიუტერებს შეუძლიათ ადვილად შეაფასონ ყველაზე რთული პროცესებიც კი. Google-ს უკვე აქვს განვითარება ამ სფეროში - მათ მოახდინეს წყალბადის მოლეკულის მოდელირება. შედეგი იქნება უფრო ეფექტური პროდუქტები, მზის პანელებიდან დაწყებული მედიკამენტებით დამთავრებული.

კრიპტოგრაფია. უსაფრთხოების სისტემები დღეს დამოკიდებულია ეფექტურ პირველად თაობაზე. ამის მიღწევა შესაძლებელია ციფრული კომპიუტერებით ყველა შესაძლო ფაქტორის გათვალისწინებით, მაგრამ ამისთვის საჭირო დროის დიდი რაოდენობა ძვირად და არაპრაქტიკულს ხდის „კოდის გატეხვას“. იმავდროულად, კვანტურ კომპიუტერებს შეუძლიათ ამის გაკეთება ექსპონენტურად, უფრო ეფექტურად, ვიდრე ციფრული მანქანები, რაც იმას ნიშნავს, რომ დღევანდელი უსაფრთხოების მეთოდები მალე მოძველდება. ასევე არსებობს პერსპექტიული კვანტური დაშიფვრის მეთოდები, რომლებიც მუშავდება კვანტური ჩახლართულობის ცალმხრივი ბუნებით სარგებლობისთვის. ქალაქის მასშტაბით ქსელები უკვე აჩვენეს რამდენიმე ქვეყანაში და ჩინელმა მეცნიერებმა ცოტა ხნის წინ განაცხადეს, რომ ისინი წარმატებით აგზავნიან ჩახლართულ ფოტონებს ორბიტაზე მოძრავი "კვანტური" თანამგზავრიდან სამ ცალკეულ საბაზო სადგურზე დედამიწაზე.

ფინანსური მოდელირება. თანამედროვე ბაზრები ერთ-ერთი ყველაზე რთული სისტემებია. მიუხედავად იმისა, რომ შემუშავებულია მათი აღწერისა და კონტროლის სამეცნიერო და მათემატიკური აპარატურა, ასეთი აქტივობების ეფექტურობა ჯერ კიდევ არასაკმარისია სამეცნიერო დისციპლინებს შორის ფუნდამენტური განსხვავების გამო: არ არსებობს კონტროლირებადი გარემო, რომელშიც ექსპერიმენტები შეიძლება ჩატარდეს. ამ პრობლემის გადასაჭრელად ინვესტორებმა და ანალიტიკოსებმა კვანტურ გამოთვლებს მიმართეს. ერთი უშუალო უპირატესობა ის არის, რომ კვანტური კომპიუტერების თანდაყოლილი შემთხვევითობა შეესაბამება ფინანსური ბაზრების სტოქასტურ ბუნებას. ინვესტორებს ხშირად სურთ შეაფასონ შედეგების განაწილება შემთხვევით გენერირებული სცენარების ძალიან დიდი რაოდენობით.

Ამინდის პროგნოზი. NOAA-ს მთავარი ეკონომისტი როდნი ფ. ვაიჰერი ამტკიცებს, რომ აშშ-ს მშპ-ს თითქმის 30% (6 ტრილიონი დოლარი) პირდაპირ ან ირიბად დამოკიდებულია ამინდზე. სურსათის წარმოებისთვის, ტრანსპორტირებისთვის და საცალო ვაჭრობისთვის. ამგვარად, აურის უკეთ პროგნოზირების უნარი ძალიან სასარგებლო იქნება ბევრ სფეროში, რომ აღარაფერი ვთქვათ სტიქიური უბედურებისგან დაცვის უფრო მეტ დროს. დიდი ბრიტანეთის ეროვნულმა მეტეოროლოგიურმა განყოფილებამ, Met Office, უკვე დაიწყო ინვესტიციები ასეთ ინოვაციებში, რათა დააკმაყოფილოს სიმძლავრე და მასშტაბურობის საჭიროებები, რომლებიც მას მოუწევს გაუმკლავდეს 2020 წლიდან და გამოაქვეყნა ანგარიში საკუთარი ეგზამასშტაბიანი გამოთვლითი საჭიროებების შესახებ.

ნაწილაკების ფიზიკა. მყარი ნაწილაკების ფიზიკის მოდელები ხშირად უკიდურესად რთული, რთული გადაწყვეტილებებია, რომლებიც საჭიროებენ დიდ გამოთვლით დროს რიცხვითი სიმულაციებისთვის. ეს მათ იდეალურს ხდის კვანტური გამოთვლებისთვის და მეცნიერებმა უკვე გამოიყენეს ეს. ინსბრუკის უნივერსიტეტისა და კვანტური ოპტიკისა და კვანტური ინფორმაციის ინსტიტუტის (IQOQI) მკვლევარებმა ახლახან გამოიყენეს პროგრამირებადი კვანტური სისტემა ამ სიმულაციის შესასრულებლად. Nature-ში გამოქვეყნებული გამოცემის თანახმად, ჯგუფმა გამოიყენა კვანტური კომპიუტერის მარტივი ვერსია, რომელშიც იონები ასრულებდნენ ლოგიკურ ოპერაციებს, ნებისმიერი კომპიუტერული გამოთვლის ძირითად საფეხურებს. სიმულაციამ აჩვენა სრული თანხმობა აღწერილი ფიზიკის რეალურ ექსპერიმენტებთან. ამბობს თეორიული ფიზიკოსი პიტერ ზოლერი. -