Cakrawala bekas - dan seterusnya ...

Di satu pihak, mereka harus membantu kita mengalahkan kanser, meramal cuaca dengan tepat, dan menguasai gabungan nuklear. Sebaliknya, terdapat kebimbangan bahawa mereka akan menyebabkan kemusnahan global atau memperhambakan manusia. Pada masa ini, bagaimanapun, raksasa pengiraan masih tidak dapat melakukan kebaikan yang besar dan kejahatan sejagat pada masa yang sama.

Pada tahun 60-an, komputer yang paling cekap mempunyai kuasa megaflop (berjuta-juta operasi titik terapung sesaat). Komputer pertama dengan kuasa pemprosesan atas 1 GFLOPS (gigaflops) ialah Cray 2, dihasilkan oleh Cray Research pada tahun 1985. Model pertama dengan kuasa pemprosesan melebihi 1 TFLOPS (teraflops) ialah ASCI Merah, dicipta oleh Intel pada tahun 1997. Kuasa 1 PFLOPS (petaflops) dicapai Roadrunner, dikeluarkan oleh IBM pada tahun 2008.

Rekod kuasa pengkomputeran semasa adalah milik Sunway TaihuLight Cina dan ialah 9 PFLOPS.

Walaupun, seperti yang anda lihat, mesin yang paling berkuasa belum mencapai ratusan petaflops, semakin banyak sistem exascaledi mana kuasa mesti diambil kira exaflopsach (EFLOPS), i.e. kira-kira lebih daripada 1018 operasi sesaat. Walau bagaimanapun, reka bentuk sedemikian masih hanya pada peringkat projek dengan tahap kecanggihan yang berbeza-beza.

PENGURUSAN (, operasi titik terapung sesaat) ialah unit kuasa pengkomputeran yang digunakan terutamanya dalam aplikasi saintifik. Ia lebih serba boleh daripada blok MIPS yang digunakan sebelum ini, yang bermaksud bilangan arahan pemproses sesaat. Gagal bukan SI, tetapi ia boleh ditafsirkan sebagai unit 1/s.

Anda memerlukan exascale untuk kanser

Exaflops, atau seribu petaflops, adalah lebih daripada kesemua XNUMX superkomputer teratas digabungkan. Para saintis berharap bahawa generasi baru mesin dengan kuasa sedemikian akan membawa kejayaan dalam pelbagai bidang.

Kuasa pengkomputeran exascale digabungkan dengan teknologi pembelajaran mesin yang pesat membangun seharusnya membantu, sebagai contoh, akhirnya memecahkan kod kanser. Jumlah data yang mesti ada oleh doktor untuk mendiagnosis dan merawat kanser adalah sangat besar sehingga sukar bagi komputer biasa untuk menangani tugas itu. Dalam kajian biopsi tumor tunggal biasa, lebih daripada 8 juta ukuran diambil, di mana doktor menganalisis tingkah laku tumor, tindak balasnya terhadap rawatan farmakologi, dan kesan pada badan pesakit. Ini adalah lautan data sebenar.

kata Rick Stevens dari Makmal Argonne Jabatan Tenaga (JAS) AS. -

Menggabungkan penyelidikan perubatan dengan kuasa pengkomputeran, saintis sedang berusaha untuk Sistem rangkaian saraf CANDLE (). Ini membolehkan anda meramal dan membangunkan pelan rawatan yang disesuaikan dengan keperluan individu setiap pesakit. Ini akan membantu saintis memahami asas molekul interaksi protein utama, membangunkan model tindak balas ubat ramalan, dan mencadangkan strategi rawatan yang optimum. Argonne percaya bahawa sistem exascale akan dapat menjalankan aplikasi CANDLE 50 hingga 100 kali lebih pantas daripada mesin super paling berkuasa yang diketahui hari ini.

Oleh itu, kami menantikan kemunculan superkomputer exascale. Walau bagaimanapun, versi pertama tidak semestinya akan muncul di AS. Sudah tentu, AS sedang berlumba untuk mencipta mereka, dan kerajaan tempatan dalam projek yang dikenali sebagai Aurora bekerjasama dengan AMD, IBM, Intel dan Nvidia, berusaha untuk mendahului pesaing asing. Bagaimanapun, ini tidak dijangka berlaku sebelum 2021. Sementara itu, pada Januari 2017, pakar China mengumumkan penciptaan prototaip exascale. Model yang berfungsi sepenuhnya bagi unit pengiraan jenis ini ialah − Tianhe-3 - walau bagaimanapun, tidak mungkin ia akan siap dalam beberapa tahun akan datang.

Orang Cina berpegang erat

Hakikatnya sejak 2013, perkembangan China telah mendahului senarai komputer paling berkuasa di dunia. Dia mendominasi selama bertahun-tahun Tianhe-2dan kini tapak tangan itu adalah milik yang disebutkan Sunway TaihuLight. Adalah dipercayai bahawa kedua-dua mesin paling berkuasa di Kerajaan Tengah ini jauh lebih berkuasa daripada semua dua puluh satu superkomputer di Jabatan Tenaga AS.

Para saintis Amerika, sudah tentu, ingin mendapatkan semula kedudukan utama yang mereka pegang lima tahun lalu, dan sedang mengusahakan sistem yang membolehkan mereka melakukan ini. Ia sedang dibina di Makmal Kebangsaan Oak Ridge di Tennessee. Kemuncak (2), superkomputer yang dijadualkan untuk pentauliahan akhir tahun ini. Ia mengatasi kuasa Sunway TaihuLight. Ia akan digunakan untuk menguji dan membangunkan bahan baharu yang lebih kuat dan ringan, untuk mensimulasikan bahagian dalam Bumi menggunakan gelombang akustik, dan untuk menyokong projek astrofizik yang menyiasat asal usul alam semesta.

2. Pelan spatial superkomputer Summit

Di Makmal Kebangsaan Argonne yang disebutkan, saintis tidak lama lagi merancang untuk membina peranti yang lebih pantas. Dikenali sebagai A21Prestasi dijangka mencecah 200 petaflops.

Jepun juga mengambil bahagian dalam perlumbaan superkomputer. Walaupun ia agak dibayangi baru-baru ini oleh persaingan AS-China, negara inilah yang merancang untuk melancarkan sistem ABKI (), menawarkan 130 petaflop kuasa. Orang Jepun berharap superkomputer sedemikian boleh digunakan untuk membangunkan AI (kecerdasan buatan) atau pembelajaran mendalam.

Sementara itu, Parlimen Eropah baru sahaja memutuskan untuk membina superkomputer bilion euro EU. Raksasa pengkomputeran ini akan memulakan kerjanya untuk pusat penyelidikan di benua kita pada awal 2022 dan 2023. Mesin akan dibina di dalam projek EuroGPCdan pembinaannya akan dibiayai oleh Negara Anggota – jadi Poland juga akan mengambil bahagian dalam projek ini. Kuasa yang diramalkan biasanya dirujuk sebagai "pre-exascale".

Setakat ini, mengikut ranking 2017, daripada lima ratus superkomputer terpantas di dunia, China mempunyai 202 mesin sedemikian (40%), manakala Amerika menguasai 144 (29%).

China juga menggunakan 35% kuasa pengkomputeran dunia berbanding 30% di AS. Negara seterusnya yang mempunyai superkomputer terbanyak dalam senarai ialah Jepun (35 sistem), Jerman (20), Perancis (18) dan UK (15). Perlu diingat bahawa, tanpa mengira negara asal, semua lima ratus superkomputer yang paling berkuasa menggunakan versi Linux yang berbeza ...

Mereka reka sendiri

Superkomputer sudah pun menjadi alat berharga yang menyokong industri sains dan teknologi. Mereka membolehkan penyelidik dan jurutera membuat kemajuan yang mantap (dan kadangkala juga lompatan besar ke hadapan) dalam bidang seperti biologi, ramalan cuaca dan iklim, astrofizik dan senjata nuklear.

Selebihnya bergantung pada kuasa mereka. Sepanjang dekad yang akan datang, penggunaan superkomputer boleh mengubah keadaan ekonomi, ketenteraan dan geopolitik negara-negara yang mempunyai akses kepada jenis infrastruktur canggih ini dengan ketara.

Kemajuan dalam bidang ini begitu pesat sehingga reka bentuk mikropemproses generasi baharu telah menjadi terlalu sukar walaupun untuk banyak sumber manusia. Atas sebab ini, perisian komputer canggih dan superkomputer semakin memainkan peranan utama dalam pembangunan komputer, termasuk yang mempunyai awalan "super".

3. superkomputer Jepun

Syarikat farmaseutikal tidak lama lagi akan dapat beroperasi sepenuhnya berkat kuasa besar pengkomputeran memproses sejumlah besar genom manusia, haiwan dan tumbuhan yang akan membantu mencipta ubat dan rawatan baharu untuk pelbagai penyakit.

Satu lagi sebab (sebenarnya salah satu yang utama) mengapa kerajaan melabur begitu banyak dalam pembangunan superkomputer. Kenderaan yang lebih cekap akan membantu pemimpin tentera masa depan membangunkan strategi pertempuran yang jelas dalam sebarang situasi pertempuran, membolehkan pembangunan sistem senjata yang lebih berkesan, dan menyokong penguatkuasaan undang-undang dan agensi perisikan dalam mengenal pasti potensi ancaman lebih awal.

Tidak cukup kuasa untuk simulasi otak

Superkomputer baharu seharusnya membantu mentafsir superkomputer semula jadi yang kita kenali sejak sekian lama - otak manusia.

Pasukan saintis antarabangsa baru-baru ini telah membangunkan algoritma yang mewakili langkah baharu yang penting dalam memodelkan sambungan saraf otak. Baru TIADA algoritma, yang diterangkan dalam kertas akses terbuka yang diterbitkan dalam Frontiers in Neuroinformatics, dijangka mensimulasikan 100 bilion neuron otak manusia yang saling berkaitan pada superkomputer. Para saintis dari pusat penyelidikan Jerman Jülich, Universiti Sains Hayat Norway, Universiti Aachen, Institut RIKEN Jepun dan Institut Teknologi Diraja KTH di Stockholm terlibat dalam kerja itu.

Sejak 2014, simulasi rangkaian saraf berskala besar telah dijalankan pada superkomputer RIKEN dan JUQUEEN di Pusat Pengkomputeran Jülich di Jerman, mensimulasikan sambungan kira-kira 1% neuron dalam otak manusia. Mengapa hanya begitu ramai? Bolehkah superkomputer mensimulasikan keseluruhan otak?

Susanne Kunkel dari syarikat Sweden KTH menerangkan.

Semasa simulasi, potensi tindakan neuron (impuls elektrik pendek) mesti dihantar kepada kira-kira semua 100 orang. komputer kecil yang dipanggil nod, setiap satu dilengkapi dengan beberapa pemproses yang melakukan pengiraan sebenar. Setiap nod menyemak yang mana antara impuls ini berkaitan dengan neuron maya yang wujud dalam nod ini.

4. Memodelkan sambungan otak neuron, i.e. kita hanya di awal perjalanan (1%)

Jelas sekali, jumlah memori komputer yang diperlukan oleh pemproses untuk bit tambahan setiap neuron ini meningkat dengan saiz rangkaian saraf. Untuk melampaui simulasi 1% seluruh otak manusia (4) akan memerlukan XNUMX kali ganda ingatan daripada apa yang terdapat dalam semua superkomputer hari ini. Oleh itu, adalah mungkin untuk bercakap tentang mendapatkan simulasi seluruh otak hanya dalam konteks superkomputer exascale masa depan. Di sinilah algoritma NEST generasi akan datang harus berfungsi.

Superkomputer TOP-5 dunia

1. Sanway TaihuLight – Sebuah superkomputer 93 PFLOPS dilancarkan pada 2016 di Wuxi, China. Sejak Jun 2016, ia telah mengungguli senarai TOP500 superkomputer dengan kuasa pengkomputeran tertinggi di dunia.

2. Tianhe-2 (Bima Sakti-2) ialah superkomputer dengan kuasa pengkomputeran 33,86 PFLOPS yang dibina oleh NUDT () di China. Dari Jun 2013

sehingga Jun 2016, ia adalah superkomputer terpantas di dunia.

3. Pease Dynt - reka bentuk yang dibangunkan oleh Cray, dipasang di Pusat Pengkomputeran Negara Switzerland (). Ia baru-baru ini dinaik taraf - Pemecut Nvidia Tesla K20X telah digantikan dengan yang baharu, Tesla P100, yang memungkinkan untuk meningkatkan kuasa pengkomputeran daripada 2017 kepada 9,8 PFLOPS pada musim panas 19,6.

4. Gyokou ialah superkomputer yang dibangunkan oleh ExaScaler dan PEZY Computing. Terletak di Agensi Jepun untuk Sains dan Teknologi Marin (JAMSTEC) Institut Geosains Yokohama; di tingkat yang sama dengan simulator Bumi. Kuasa: 19,14 PFLOP.

5. Titanium ialah superkomputer 17,59 PFLOPS yang dikeluarkan oleh Cray Inc. dan dilancarkan pada Oktober 2012 di Makmal Kebangsaan Oak Ridge di Amerika Syarikat. Dari November 2012 hingga Jun 2013, Titan ialah superkomputer terpantas di dunia. Ia kini berada di tempat kelima, tetapi masih merupakan superkomputer terpantas di AS.

Mereka juga bersaing untuk ketuanan dalam kuantum

IBM percaya bahawa dalam tempoh lima tahun akan datang, bukan superkomputer berasaskan cip silikon tradisional, tetapi akan mula disiarkan. Industri baru mula memahami bagaimana komputer kuantum boleh digunakan, menurut penyelidik syarikat itu. Jurutera dijangka menemui aplikasi utama pertama untuk mesin ini dalam masa lima tahun sahaja.

Komputer kuantum menggunakan unit pengkomputeran yang dipanggil kubitem. Semikonduktor biasa mewakili maklumat dalam bentuk jujukan 1 dan 0, manakala qubit mempamerkan sifat kuantum dan secara serentak boleh melakukan pengiraan sebagai 1 dan 0. Ini bermakna dua qubit secara serentak boleh mewakili jujukan 1-0, 1-1, 0-1 . ., 0-0. Kuasa pengkomputeran berkembang secara eksponen dengan setiap qubit, jadi secara teorinya komputer kuantum dengan hanya 50 qubit boleh mempunyai lebih kuasa pemprosesan daripada superkomputer paling berkuasa di dunia.

D-Wave Systems sudah pun menjual komputer kuantum, yang dikatakan terdapat 2. qubit. Namun begitu Salinan D-Wave(5) boleh dibahaskan. Walaupun sesetengah penyelidik telah menggunakannya dengan baik, mereka masih belum mengungguli komputer klasik dan hanya berguna untuk kelas masalah pengoptimuman tertentu.

5. Komputer kuantum D-Wave

Beberapa bulan yang lalu, Makmal AI Kuantum Google mempamerkan pemproses kuantum 72-qubit baharu yang dipanggil kon bulu (6). Ia mungkin tidak lama lagi mencapai "kekuasaan kuantum" dengan mengatasi superkomputer klasik, sekurang-kurangnya apabila ia datang untuk menyelesaikan beberapa masalah. Apabila pemproses kuantum menunjukkan kadar ralat yang cukup rendah dalam operasi, ia boleh menjadi lebih cekap daripada superkomputer klasik dengan tugas IT yang jelas.

6. Pemproses kuantum Bristlecone 72 qubit

Seterusnya dalam barisan ialah pemproses Google, kerana pada bulan Januari, sebagai contoh, Intel mengumumkan sistem kuantum 49-qubitnya sendiri, dan sebelumnya IBM memperkenalkan versi 50-qubit. cip intel, Panjang, ia juga inovatif dalam cara lain. Ia adalah litar bersepadu "neuromorphic" pertama yang direka untuk meniru cara otak manusia belajar dan memahami. Ia "berfungsi sepenuhnya" dan akan tersedia untuk rakan kongsi penyelidikan akhir tahun ini.

Walau bagaimanapun, ini hanya permulaan, kerana untuk dapat menangani raksasa silikon, anda memerlukan z berjuta-juta qubit. Sekumpulan saintis di Universiti Teknikal Belanda di Delft berharap bahawa cara untuk mencapai skala sedemikian adalah dengan menggunakan silikon dalam komputer kuantum, kerana ahli mereka telah menemui penyelesaian bagaimana menggunakan silikon untuk mencipta pemproses kuantum yang boleh diprogramkan.

Dalam kajian mereka, yang diterbitkan dalam jurnal Nature, pasukan Belanda mengawal putaran elektron tunggal menggunakan tenaga gelombang mikro. Dalam silikon, elektron akan berputar ke atas dan ke bawah pada masa yang sama, dengan berkesan menahannya di tempatnya. Setelah itu dicapai, pasukan menyambung dua elektron bersama-sama dan memprogramkannya untuk menjalankan algoritma kuantum.

Ia adalah mungkin untuk mencipta berdasarkan silikon pemproses kuantum dua bit.

Dr Tom Watson, salah seorang pengarang kajian, menjelaskan kepada BBC. Jika Watson dan pasukannya berjaya menggabungkan lebih banyak elektron, ia boleh membawa kepada pemberontakan. pemproses qubitini akan membawa kita selangkah lebih dekat dengan komputer kuantum masa hadapan.

- Sesiapa yang membina komputer kuantum yang berfungsi sepenuhnya akan memerintah dunia Manas Mukherjee dari Universiti Nasional Singapura dan penyiasat utama di Pusat Teknologi Kuantum Nasional baru-baru ini berkata dalam satu temu bual. Perlumbaan antara syarikat teknologi terbesar dan makmal penyelidikan kini tertumpu pada apa yang dipanggil ketuanan kuantum, titik di mana komputer kuantum boleh melakukan pengiraan melebihi apa sahaja yang boleh ditawarkan oleh komputer moden tercanggih.

Contoh-contoh pencapaian Google, IBM dan Intel di atas menunjukkan bahawa syarikat dari Amerika Syarikat (dan seterusnya negeri) mendominasi dalam bidang ini. Walau bagaimanapun, Alibaba Cloud China baru-baru ini mengeluarkan platform pengkomputeran awan berasaskan pemproses 11 qubit yang membolehkan saintis menguji algoritma kuantum baharu. Ini bermakna China dalam bidang blok pengkomputeran kuantum juga tidak menutup pear dengan abu.

Walau bagaimanapun, usaha untuk mencipta superkomputer kuantum bukan sahaja bersemangat tentang kemungkinan baru, tetapi juga menimbulkan kontroversi.

Beberapa bulan yang lalu, semasa Persidangan Antarabangsa mengenai Teknologi Kuantum di Moscow, Alexander Lvovsky (7) dari Pusat Kuantum Rusia, yang juga seorang profesor fizik di Universiti Calgary di Kanada, berkata bahawa komputer kuantum alat pemusnahtanpa mencipta.

7. Profesor Alexander Lvovsky

Apa yang dia maksudkan? Pertama sekali, keselamatan digital. Pada masa ini, semua maklumat digital sensitif yang dihantar melalui Internet disulitkan untuk melindungi privasi pihak yang berminat. Kami telah melihat kes di mana penggodam boleh memintas data ini dengan memecahkan penyulitan.

Menurut Lvov, kemunculan komputer kuantum hanya akan memudahkan penjenayah siber. Tiada alat penyulitan yang diketahui hari ini boleh melindungi dirinya daripada kuasa pemprosesan komputer kuantum sebenar.

Rekod perubatan, maklumat kewangan, dan juga rahsia kerajaan dan organisasi ketenteraan akan tersedia dalam kuali, yang bermakna, seperti yang dinyatakan Lvovsky, bahawa teknologi baharu boleh mengancam seluruh dunia. Pakar lain percaya bahawa ketakutan Rusia adalah tidak berasas, kerana penciptaan superkomputer kuantum sebenar juga akan membolehkan memulakan kriptografi kuantum, dianggap tidak boleh dihancurkan.

Pendekatan lain

Sebagai tambahan kepada teknologi komputer tradisional dan pembangunan sistem kuantum, pelbagai pusat sedang mengusahakan kaedah lain untuk membina superkomputer masa depan.

Agensi Amerika DARPA membiayai enam pusat untuk penyelesaian reka bentuk komputer alternatif. Seni bina yang digunakan dalam mesin moden dipanggil secara konvensional seni bina von NeumannOh, dia sudah berumur tujuh puluh tahun. Sokongan organisasi pertahanan untuk penyelidik universiti bertujuan untuk membangunkan pendekatan yang lebih bijak untuk mengendalikan sejumlah besar data berbanding sebelum ini.

Penimbalan dan pengkomputeran selari Berikut ialah beberapa contoh kaedah baharu yang sedang diusahakan oleh pasukan ini. Satu lagi ADA (), yang memudahkan pembangunan aplikasi dengan menukar komponen CPU dan memori dengan modul kepada satu pemasangan, dan bukannya menangani isu sambungannya pada papan induk.

Tahun lepas, satu pasukan penyelidik dari UK dan Rusia berjaya menunjukkan bahawa jenis itu "Habuk Ajaib"yang mana mereka terdiri cahaya dan jirim - akhirnya unggul dalam "prestasi" walaupun superkomputer yang paling berkuasa.

Para saintis dari universiti British Cambridge, Southampton dan Cardiff dan Institut Skolkovo Rusia telah menggunakan zarah kuantum yang dikenali sebagai polaritonyang boleh ditakrifkan sebagai sesuatu antara cahaya dan jirim. Ini adalah pendekatan yang sama sekali baru untuk pengkomputeran komputer. Menurut saintis, ia boleh menjadi asas kepada jenis komputer baharu yang mampu menyelesaikan persoalan yang tidak dapat diselesaikan pada masa ini - dalam pelbagai bidang, seperti biologi, kewangan dan perjalanan angkasa lepas. Hasil kajian diterbitkan dalam jurnal Nature Materials.

Ingat bahawa superkomputer hari ini hanya boleh menangani sebahagian kecil daripada masalah. Malah komputer kuantum hipotesis, jika ia akhirnya dibina, paling baik akan memberikan kelajuan kuadratik untuk menyelesaikan masalah yang paling kompleks. Sementara itu, polariton yang mencipta "habuk dongeng" dicipta dengan mengaktifkan lapisan atom galium, arsenik, indium dan aluminium dengan pancaran laser.

Elektron dalam lapisan ini menyerap dan memancarkan cahaya warna tertentu. Polariton adalah sepuluh ribu kali lebih ringan daripada elektron dan boleh mencapai ketumpatan yang mencukupi untuk menimbulkan keadaan jirim baru yang dikenali sebagai kondensat Bose-Einstein (lapan). Fasa kuantum polariton di dalamnya disegerakkan dan membentuk objek kuantum makroskopik tunggal, yang boleh dikesan dengan pengukuran photoluminescence.

8. Plot menunjukkan kondensat Bose-Einstein

Ternyata dalam keadaan tertentu ini, kondensat polariton boleh menyelesaikan masalah pengoptimuman yang kami nyatakan semasa menerangkan komputer kuantum dengan lebih cekap daripada pemproses berasaskan qubit. Pengarang kajian British-Rusia telah menunjukkan bahawa apabila polariton terkondensasi, fasa kuantum mereka disusun dalam konfigurasi yang sepadan dengan minimum mutlak fungsi kompleks.

"Kami berada pada permulaan meneroka potensi plot polariton untuk menyelesaikan masalah yang kompleks, " tulis pengarang bersama Nature Materials Prof. Pavlos Lagoudakis, Ketua Makmal Fotonik Hibrid di Universiti Southampton. "Kami sedang menskalakan peranti kami kepada ratusan nod sambil menguji kuasa pemprosesan asas."

Dalam eksperimen dari dunia fasa kuantum halus cahaya dan jirim ini, walaupun pemproses kuantum nampaknya menjadi sesuatu yang kekok dan berkait rapat dengan realiti. Seperti yang anda lihat, saintis bukan sahaja sedang mengusahakan superkomputer esok dan mesin lusa, tetapi mereka sudah merancang apa yang akan berlaku lusa.

Pada ketika ini mencapai exascale akan menjadi agak mencabar, maka anda akan memikirkan tentang pencapaian seterusnya pada skala flop (9). Seperti yang mungkin anda duga, hanya menambah pemproses dan memori padanya tidak mencukupi. Jika saintis boleh dipercayai, mencapai kuasa pengkomputeran yang begitu hebat akan membolehkan kita menyelesaikan masalah besar yang kita ketahui, seperti mentafsir kanser atau menganalisis data astronomi.

9. Masa depan superkomputer

Padankan soalan dengan jawapan

Apa seterusnya?

Nah, dalam kes komputer kuantum, persoalan timbul tentang apa yang sepatutnya digunakan. Menurut pepatah lama, komputer menyelesaikan masalah yang tidak akan wujud tanpanya. Jadi kita mungkin perlu membina mesin super futuristik ini terlebih dahulu. Kemudian masalah akan timbul dengan sendirinya.

Dalam bidang apakah komputer kuantum boleh berguna?

Kecerdasan buatan. AI () berfungsi berdasarkan prinsip pembelajaran melalui pengalaman, yang menjadi lebih dan lebih tepat apabila maklum balas diterima dan sehingga program komputer menjadi "pintar". Maklum balas adalah berdasarkan pengiraan kebarangkalian beberapa pilihan yang mungkin. Kita sedia maklum bahawa Lockheed Martin, contohnya, merancang untuk menggunakan komputer kuantum D-Wavenya untuk menguji perisian autopilot yang kini terlalu kompleks untuk komputer klasik, dan Google menggunakan komputer kuantum untuk membangunkan perisian yang boleh membezakan kereta daripada mercu tanda. .

Pemodelan molekul. Terima kasih kepada komputer kuantum, adalah mungkin untuk memodelkan interaksi molekul dengan tepat, mencari konfigurasi optimum untuk tindak balas kimia. Kimia kuantum adalah sangat kompleks sehingga komputer digital moden hanya boleh menganalisis molekul yang paling mudah. Tindak balas kimia adalah bersifat kuantum kerana ia mewujudkan keadaan kuantum yang sangat terikat yang bertindih antara satu sama lain, jadi komputer kuantum yang dibangunkan sepenuhnya boleh menilai dengan mudah walaupun proses yang paling kompleks. Google sudah mempunyai perkembangan dalam bidang ini - mereka telah memodelkan molekul hidrogen. Hasilnya akan menjadi produk yang lebih cekap, daripada panel solar kepada ubat-ubatan.

Kriptografi. Sistem keselamatan hari ini bergantung pada penjanaan utama yang cekap. Ini boleh dicapai dengan komputer digital dengan mencari setiap faktor yang mungkin, tetapi jumlah masa yang diperlukan untuk berbuat demikian menjadikan "pemecahan kod" mahal dan tidak praktikal. Sementara itu, komputer kuantum boleh melakukan ini secara eksponen, lebih cekap daripada mesin digital, bermakna kaedah keselamatan hari ini akan menjadi usang tidak lama lagi. Terdapat juga kaedah penyulitan kuantum yang menjanjikan yang sedang dibangunkan untuk memanfaatkan sifat keterjeratan kuantum satu arah. Rangkaian seluruh bandar telah pun ditunjukkan di beberapa negara, dan saintis China baru-baru ini mengumumkan bahawa mereka berjaya menghantar foton terjerat daripada satelit "kuantum" yang mengorbit ke tiga stesen pangkalan berasingan kembali ke Bumi.

Pemodelan kewangan. Pasaran moden adalah antara sistem yang paling kompleks yang wujud. Walaupun radas saintifik dan matematik untuk huraian dan kawalannya telah dibangunkan, keberkesanan aktiviti tersebut sebahagian besarnya masih tidak mencukupi kerana perbezaan asas antara disiplin saintifik: tiada persekitaran terkawal di mana eksperimen boleh dijalankan. Untuk menyelesaikan masalah ini, pelabur dan penganalisis telah beralih kepada pengkomputeran kuantum. Satu kelebihan segera ialah kerawak yang wujud dalam komputer kuantum adalah konsisten dengan sifat stokastik pasaran kewangan. Pelabur selalunya ingin menilai pengagihan hasil dalam sejumlah besar senario yang dijana secara rawak.

Ramalan cuaca. Ketua Ekonomi NOAA Rodney F. Weiher mendakwa bahawa hampir 30% daripada KDNK AS ($6 trilion) secara langsung atau tidak langsung bergantung kepada cuaca. untuk pengeluaran makanan, pengangkutan dan peruncitan. Oleh itu, keupayaan untuk meramalkan aura dengan lebih baik akan sangat berguna di banyak kawasan, apatah lagi masa yang lebih lama diperuntukkan untuk perlindungan bencana alam. Cabang meteorologi kebangsaan UK, Met Office, telah mula melabur dalam inovasi sedemikian untuk memenuhi keperluan kuasa dan kebolehskalaan yang perlu ditanganinya mulai 2020 dan seterusnya, dan telah menerbitkan laporan mengenai keperluan pengkomputeran exascale sendiri.

Fizik Zarah. Model fizik zarah pepejal selalunya merupakan penyelesaian yang sangat kompleks dan rumit yang memerlukan banyak masa pengiraan untuk simulasi berangka. Ini menjadikan mereka sesuai untuk pengkomputeran kuantum, dan saintis telah pun memanfaatkannya. Penyelidik di Universiti Innsbruck dan Institut Optik Kuantum dan Maklumat Kuantum (IQOQI) baru-baru ini menggunakan sistem kuantum boleh atur cara untuk melakukan simulasi ini. Menurut penerbitan dalam Nature, kumpulan itu menggunakan versi ringkas komputer kuantum di mana ion melakukan operasi logik, langkah asas mana-mana pengiraan komputer. Simulasi menunjukkan persetujuan lengkap dengan eksperimen sebenar fizik yang diterangkan. kata ahli fizik teori Peter Zoller. -