Мурунку горизонт - жана андан ары...

Бир жагынан алар бизге рак оорусун жеңүүгө, аба ырайын так болжоого жана ядролук синтезди өздөштүрүүбүзгө жардам бериши керек. Экинчи жагынан, алар глобалдык кыйроого алып келет же адамзатты кулга айлантат деген кооптонуулар бар. Бирок, учурда, эсептөөчү желмогуздар дагы эле бир эле учурда чоң жакшылык менен чоң жамандыкты жарата алышпайт.

60-жылдары эң эффективдүү компьютерлер күчкө ээ болгон мегафлоптар (секундасына миллиондогон калкыма чекит операциялары). Эсептөө күчү менен биринчи компьютер жогорку 1 GFLOPS (гигафлоп) болгон Крей 2, 1985-жылы Cray Research тарабынан чыгарылган. Эсептөө күчү менен биринчи модель 1 TFLOPS жогору (терафлопс) болгон ASCI Red, 1997-жылы Intel тарабынан түзүлгөн. Кубат 1 PFLOPS (петафлопс) жетти roadrunner, 2008-жылы IBM тарабынан чыгарылган.

Учурдагы эсептөө күчү рекорду Кытайдын Sunway TaihuLight компаниясына таандык жана 9 PFLOPS болуп саналат.

Көрүнүп тургандай, эң күчтүү машиналар жүздөгөн петафлоптарга жете элек болсо да, барган сайын exascale системаларыанда бийликти эске алуу керек эксафлопсач (EFLOPS), б.а. секундасына 1018ден ашык операция. Бирок, мындай долбоорлор дагы эле ар кандай деңгээлдеги долбоорлордун стадиясында турат.

Кыскартуулар (, секундасына калкыма чекит операциялары) - илимий колдонмолордо колдонулган эсептөө кубаттуулугунун бирдиги. Ал мурда колдонулган MIPS бирдигине караганда ар тараптуу, ал секундасына процессордун көрсөтмөлөрүн билдирет. Flops SI бирдиги эмес, бирок 1/сек бирдиги катары чечмеленсе болот.

Сиз рак үчүн exascale керек

Экзафлоп же миң петафлоп эң мыкты 10 суперкомпьютердин бардыгынан да көп. Окумуштуулар мындай күчкө ээ болгон жаңы муундун машиналары түрдүү тармактарда ачылыштарды алып келет деп үмүттөнүшөт.

Тез өнүгүп жаткан машинаны үйрөнүү технологиялары менен бирге Exascale эсептөө күчү, мисалы, жардам бериши керек. рак кодун бузуу. Дарыгерлер рак оорусун аныктоого жана дарылоого тийиш болгон маалыматтардын көлөмү ушунчалык чоң болгондуктан, жөнөкөй компьютерлер үчүн бул тапшырманы аткаруу кыйынга турат. Кадимки бир шишик биопсиясы боюнча 8 миллиондон ашык өлчөө жүргүзүлөт, анын жүрүшүндө дарыгерлер шишиктин жүрүм-турумун, анын фармакологиялык дарылоого реакциясын жана пациенттин организмине тийгизген таасирин талдап чыгышат. Бул чыныгы маалыматтардын океаны.

Бул тууралуу АКШнын Энергетика министрлигинин (DOE) Аргонна лабораториясынан Рик Стивенс билдирди. –

Медициналык изилдөөлөрдү эсептөө күчү менен айкалыштыруу менен окумуштуулар иштеп жатышат Нейрондук тармак системасы CANDLE (). Бул ар бир пациенттин жеке муктаждыктарына ылайыкталган дарылоо планын алдын ала айтууга жана иштеп чыгууга мүмкүндүк берет. Бул илимпоздорго негизги белоктун өз ара аракеттенүүсүнүн молекулярдык негизин түшүнүүгө, дары-дармектердин реакциясынын болжолдуу моделдерин иштеп чыгууга жана оптималдуу дарылоо стратегияларын сунуштоого жардам берет. Аргонна exascale системалары CANDLE тиркемесин бүгүнкү күндө белгилүү болгон эң күчтүү супермашиналарга караганда 50-100 эсе ылдам иштете алат деп эсептейт.

Ошондуктан, биз чоң масштабдагы суперкомпьютерлердин пайда болушун чыдамсыздык менен күтүп жатабыз. Бирок, биринчи версиялар сөзсүз түрдө Кошмо Штаттарда пайда болбойт. Албетте, АКШ аларды түзүү үчүн жарыштын бир бөлүгү болуп саналат, жана долбоордо жергиликтүү өз алдынча башкаруу Aurora AMD, IBM, Intel жана Nvidia менен кызматташып, чет элдик атаандаштарынан озуп кетүүгө аракет кылат. Бирок бул 2021-жылга чейин болоору күтүлүүдө. Ошол эле учурда, 2017-жылдын январында кытайлык эксперттер экса масштабдуу прототибин түзөрүн жарыялашкан. Бул түрдөгү эсептөө бирдигинин толук иштеген модели болуп саналат Тианхэ-3 – бирок жакынкы бир нече жылда даяр болушу күмөн.

Кытайлар катуу кармап жатышат

Чынында, 2013-жылдан бери кытайлык иштеп чыгуулар дүйнөдөгү эң күчтүү компьютерлердин тизмесинде биринчи орунда турат. Ал бир нече жыл бою үстөмдүк кылган Тианхэ-2ал эми азыр пальма айтылгандарга таандык Sunway TaihuLight. Орто Падышалыктагы бул эң күчтүү эки машина АКШнын Энергетика министрлигинин бардык жыйырма бир суперкомпьютерлеринен алда канча күчтүү деп эсептелинет.

Америкалык илимпоздор, албетте, беш жыл мурда ээлеген лидерлик позициясын кайтарып алууну каалашат жана бул үчүн аларга мүмкүнчүлүк бере турган системанын үстүндө иштеп жатышат. Ал Теннессидеги Oak Ridge улуттук лабораториясында курулуп жатат. чоку (2), суперкомпьютер ушул жылдын аягында ишке кириши керек. Бул Sunway TaihuLight кубаттуулугунан ашып кетет. Ал жаңы, күчтүүрөөк жана жеңилирээк материалдарды сынап көрүү жана иштеп чыгуу, акустикалык толкундардын жардамы менен Жердин ички бөлүгүн моделдөө жана ааламдын келип чыгышын изилдөөчү астрофизикалык долбоорлорду колдоо үчүн колдонулат.

2. Summit суперкомпьютеринин мейкиндик планы

Жогоруда айтылган Аргонна улуттук лабораториясында илимпоздор жакын арада андан да ылдамыраак аппарат курууну пландап жатышат. чейин белгилүү A21Аткаруу 200 петафлопка жетет деп күтүлүүдө.

Суперкомпьютер жарышына Япония да катышууда. Жакында эле АКШ-Кытай атаандаштыгына бир аз көлөкө түшүп калганы менен, дал ушул өлкө ABC системасы (), 130 петафлоп бийликти сунуш кылат. Жапондор мындай суперкомпьютерди AI (жасалма интеллект) же терең үйрөнүү үчүн колдонууга болот деп үмүттөнүшөт.

Ал арада Европарламент жаңы эле бир миллиард еврого Евробиримдиктин суперкомпьютерин курууну чечти. Бул эсептөөчү желмогуз 2022 жана 2023-жылдардын ортосунда биздин континенттин изилдөө борборлору үчүн ишин баштайт. Машина ичинде курулат EuroGPK долбооружана анын курулушу мүчө мамлекеттер тарабынан каржыланат – ошондуктан бул долбоорго Польша да катышат. Анын болжолдонгон күчү, адатта, "pre-exascale" деп аталат.

Буга чейин, 2017-жылдагы рейтингге ылайык, дүйнөдөгү эң ылдам беш жүз суперкомпьютердин ичинен Кытайда 202 мындай машина (40%) бар, ал эми Америка 144тү (29%) көзөмөлдөйт.

Кытай ошондой эле дүйнөдөгү компьютердик кубаттуулуктун 35% колдонот, АКШда 30%. Кийинки тизмеде эң көп суперкомпьютерлери бар өлкөлөр Жапония (35 система), Германия (20), Франция (18) жана Улуу Британия (15) болуп саналат. Белгилей кетчү нерсе, кайсы өлкөдөн болбосун, эң күчтүү беш жүз суперкомпьютер Linuxтун ар кандай версияларын колдонушат...

Аны өздөрү долбоорлошот

Суперкомпьютерлер буга чейин эле илимий жана технологиялык тармактарды колдоочу баалуу курал болуп саналат. Алар изилдөөчүлөргө жана инженерлерге биология, аба ырайы жана климатты болжолдоо, астрофизика жана өзөктүк курал сыяктуу тармактарда туруктуу прогресске (ал тургай кээде чоң секириктерге) жетишүүгө мүмкүнчүлүк берет.

Калганы алардын күчүнө жараша болот. Кийинки он жылдыкта суперкомпьютингди колдонуу заманбап инфраструктуранын бул түрүнө жетүү мүмкүнчүлүгү бар өлкөлөрдүн экономикалык, аскердик жана геосаясий абалын олуттуу түрдө өзгөртүшү мүмкүн.

Бул маселеде прогресс ушунчалык тез болгондуктан, микропроцессорлордун жаңы муундарын долбоорлоо көптөгөн адам ресурстары үчүн да өтө татаал болуп калды. Ушул себептен улам, өнүккөн компьютердик программалык камсыздоо жана суперкомпьютерлер, анын ичинде “супер” префикси бар компьютерлерди өнүктүрүүдө алдыңкы ролду ойноп жатышат.

3. Жапон суперкомпьютери

Фармацевтикалык компаниялар жакын арада компьютердик күчтөрдүн аркасында толук иштей алышат адамдын геномунун көп санын иштетүү, жаныбарлар жана өсүмдүктөр ар кандай оорулар үчүн жаңы дарыларды жана дарылоону түзүүгө жардам берет.

Өкмөттөр суперкомпьютерлерди өнүктүрүүгө мынчалык көп каражат жумшап жатканынын дагы бир себеби (чындыгында негизгилеринин бири). Эффективдүү унаалар келечектеги аскер башчыларына ар кандай согуштук чөйрөдө так согуштук стратегияларды иштеп чыгууга жардам берет, эффективдүү курал системаларын иштеп чыгууга мүмкүндүк берет, ошондой эле укук коргоо органдарына жана чалгындоо органдарына мүмкүн болуучу коркунучтарды алдын ала аныктоого жардам берет.

Мээни окшоштурууга күч жетишсиз

Жаңы суперкомпьютерлер бизге көптөн бери белгилүү болгон табигый суперкомпьютерди – адамдын мээсин чечмелеп берүүгө жардам бериши керек.

Эл аралык окумуштуулар тобу жакында мээнин нейрон байланыштарын моделдөө үчүн жаңы маанилүү кадам болгон алгоритмди иштеп чыгышты. Жаңы NO-алгоритмFrontiers in Neuroinformatics журналында жарыяланган ачык жеткиликтүү кагазда сүрөттөлгөн, суперкомпьютерлерде адам мээсинин 100 миллиард өз ара байланышкан нейрондорун окшоштурат деп күтүлүүдө. Ишке Германиянын Юльич изилдөө борборунун, Норвегиянын Жашоо илимдеринин университетинин, Аахен университетинин, Япониянын RIKEN институтунун жана Стокгольмдогу Королдук технологиялык KTH институтунун окумуштуулары тартылган.

2014-жылдан бери Германиянын Юльих суперкомпьютер борборундагы RIKEN жана JUQUEEN суперкомпьютерлери адамдын мээсиндеги нейрондордун болжол менен 1% туташууларын симуляциялоочу ири масштабдуу нейрондук тармак симуляцияларын иштетип келет. Эмне үчүн мынча көп? Суперкомпьютерлер бүт мээни окшоштура алабы?

Швециялык KTH компаниясынан Сусанна Кункел түшүндүрөт.

Модельдештирүү учурунда нейрондун аракет потенциалы (кыска электрдик импульстар) болжол менен бардык 100 адамга жөнөтүлүшү керек. түйүндөр деп аталган кичинекей компьютерлер, алардын ар бири чыныгы эсептөөлөрдү аткарган бир нече процессорлор менен жабдылган. Ар бир түйүн бул импульстардын кайсынысы ошол түйүндө бар виртуалдык нейрондорго таандык экенин текшерет.

4. Нейрондордун мээ байланыштарын моделдөө, б.а. биз саякатыбыздын башында турабыз (1%)

Албетте, нейрондун бул кошумча биттери үчүн процессорлор талап кылган компьютер эстутумунун көлөмү нейрондук тармактын көлөмүнө жараша көбөйөт. Бүткүл адамдын мээсинин 1% симуляциясынын чегинен чыгуу үчүн (4) талап кылынат жүз эсе көп эс Бүгүнкү күндө бардык суперкомпьютерлерде бар нерсеге караганда. Ошондуктан, келечектеги суперкомпьютерлердин контекстинде гана бүт мээнин симуляциясын алуу жөнүндө айтууга болот. Бул жерде кийинки муундагы NEST алгоритми иштеши керек.

Дүйнөдөгү ТОП 5 суперкомпьютер

1. Sunway TaihuLight – 93 PFLOPS суперкомпьютери 2016-жылы Кытайдын Вуси шаарында ишке киргизилген. 2016-жылдын июнь айынан бери ал ТОП500 - дүйнөдөгү эң жогорку эсептөө кубаттуулугу бар суперкомпьютерлердин тизмесинде биринчи орунда турат.

2. Tianhe-2 (Саманчынын жолу-2) – Кытайда NUDT () тарабынан курулган 33,86 PFLOPS эсептөө кубаттуулугу менен суперкомпьютер. 2013-жылдын июнь айынан бери

2016-жылдын июнуна чейин ал дүйнөдөгү эң ылдам суперкомпьютер болгон.

3. Пиз Дайнт - Cray тарабынан иштелип чыккан дизайн, Швейцариянын Улуттук суперкомпьютер борборунда орнотулган (). Ал жакында жаңыртылган - Nvidia Tesla K20X тездеткичтери жаңы Tesla P100 менен алмаштырылган, бул эсептөө кубаттуулугун 2017-жылдын жайында 9,8ден 19,6 PFLOPSке чейин көбөйтүүгө мүмкүндүк берди.

4. Гёкоу ExaScaler жана PEZY Computing тарабынан иштелип чыккан суперкомпьютер. Япониянын деңиз илими жана технологиясы боюнча агенттигинде (JAMSTEC) Йокогама геоилимдер институтунда жайгашкан; Жер симулятору менен бир кабатта. Кубаттуулугу: 19,14 PFLOPS.

5. Титан – Cray Inc тарабынан чыгарылган 17,59 PFLOPS эсептөө кубаттуулугу менен суперкомпьютер. жана 2012-жылдын октябрында АКШдагы Oak Ridge Улуттук лабораториясында ишке киргизилген. 2012-жылдын ноябрынан 2013-жылдын июнуна чейин Титан дүйнөдөгү эң ылдам суперкомпьютер болгон. Учурда ал бешинчи орунда, бирок дагы эле Кошмо Штаттардагы эң ылдам суперкомпьютер.

Алар ошондой эле кванттык үстөмдүк үчүн күрөшүп жатышат

IBM жакынкы беш жылда салттуу кремний чиптеринин негизиндеги суперкомпьютерлер эмес, . Компаниянын изилдөөчүлөрүнүн айтымында, өнөр жай кванттык компьютерлерди кантип колдонсо болорун түшүнө баштады. Болгону беш жылдын ичинде инженерлер бул машиналар үчүн биринчи негизги колдонмолорду ачат деп күтүлүүдө.

Кванттык компьютерлер деп аталган эсептөө бирдигин колдонушат бир чыканак. Кадимки жарым өткөргүчтөр маалыматты 1 жана 0 ырааттуулугу катары көрсөтөт, бирок кубиттер кванттык касиеттерин көрсөтүп, бир эле учурда 1 жана 0 катары эсептей алышат. Бул эки кубит бир эле учурда 1-0, 1-1, 0-1 ырааттуулугун көрсөтө алат дегенди билдирет. ., 0-0. Эсептөө күчү ар бир кубит сайын экспоненциалдуу түрдө өсөт, ошондуктан теориялык жактан алганда болгону 50 кубити болгон кванттык компьютер дүйнөдөгү эң күчтүү суперкомпьютерлерге караганда көбүрөөк эсептөө кубаттуулугуна ээ болушу мүмкүн.

D-Wave Systems буга чейин эле кванттык компьютерди сатууда, алардын айтымында, алардын экиси бар. кубиттер. Бирок D-Wav көчүрмөлөрүe(5) талаштуу. Кээ бир изилдөөчүлөр аларды жакшы колдонушканы менен, алар дагы эле классикалык компьютерлерден ашып түшө элек жана оптималдаштыруу көйгөйлөрүнүн айрым класстары үчүн гана пайдалуу.

5. D-Wave кванттык компьютерлери

Бир нече ай мурун Google'дун Quantum AI Lab жаңы 72-кубит кванттык процессорун көрсөттү. кыл конустар (6). Ал жакын арада классикалык суперкомпьютерден ашып, "кванттык үстөмдүккө" жетиши мүмкүн, жок дегенде кээ бир көйгөйлөрдү чечүүдө. Кванттык процессор иштөө учурунда каталардын жетишерлик төмөн деңгээлин көрсөткөндө, ал так аныкталган IT тапшырмасы үчүн классикалык суперкомпьютерге караганда натыйжалуураак болушу мүмкүн.

6. Bristlecone 72-кубит кванттык процессору

Кийинки кезекте Google процессору болду, анткени, мисалы, январь айында Intel өзүнүн 49-кубиттик кванттык системасын жарыялады, ал эми мурда 50-кубиттик версиясын IBM сунуштаган. Intel чип, Лоихи, ал башка жолдор менен да новатордук болуп саналат. Бул адамдын мээси кантип үйрөнүп жана түшүнөрүн туураган биринчи "нейроморфтук" интегралдык микросхема. Ал "толугу менен иштейт" жана ушул жылдын аягында изилдөө өнөктөштөрүнө жеткиликтүү болот.

Бирок, бул башталышы гана, анткени кремний желмогуздары менен күрөшүү үчүн z керек миллиондогон кубиттер. Делфттеги Голландиялык техникалык университеттин окумуштуулар тобу мындай масштабга жетүүнүн жолу кремнийди кванттык компьютерлерде колдонуу деп үмүттөнөт, анткени анын мүчөлөрү программалоочу кванттык процессорду түзүү үчүн кремнийди колдонуунун жолун табышты.

Nature журналында жарыяланган изилдөөсүндө голландиялык команда микротолкундуу энергияны колдонуу менен бир электрондун айлануусун көзөмөлдөгөн. Кремнийде электрон бир эле учурда өйдө-ылдый айланып, аны ордунда кармап турган. Буга жетишилгенден кийин, команда эки электронду бириктирип, кванттык алгоритмдерди иштетүү үчүн программалашты.

кремний негизинде түзүүгө жетишти эки биттик кванттык процессор.

Бул тууралуу Би-Би-Сиге изилдөөнүн авторлорунун бири, доктор Том Уотсон түшүндүрдү. Уотсон жана анын командасы дагы көп электрондорду бириктире алса, бул көтөрүлүшкө алып келиши мүмкүн qubit процессорлорубул бизди келечектеги кванттык компьютерлерге бир кадам жакындатат.

- Ким толук иштеген кванттык компьютерди курса, ал дүйнөнү башкарат Бул тууралуу Сингапурдун Улуттук университетинен Манас Мукерджи жана Кванттык технологиялар боюнча улуттук борбордун башкы изилдөөчүсү жакында маегинде билдирди. Ири технологиялык компаниялардын жана изилдөө лабораторияларынын ортосундагы жарыш учурда аталган нерсеге багытталган кванттык үстөмдүк, кванттык компьютер бүгүнкү күндө эң өнүккөн компьютерлер сунуш кыла ала турган нерселердин баарынан тышкары эсептөөлөрдү жасай ала турган чекит.

Google, IBM жана Intel компанияларынын жетишкендиктеринин келтирилген мисалдары бул чөйрөдө Америка Кошмо Штаттарынын (демек, штаттын) компаниялары үстөмдүк кылып жатканын көрсөтүп турат. Бирок, жакында эле кытайлык Alibaba Cloud веб-сайты 11-кубит процессорго негизделген булуттагы эсептөө платформасын чыгарды, ал илимпоздорго жаңы кванттык алгоритмдерди сынап көрүүгө мүмкүндүк берет. Бул Кытай дагы кванттык эсептөө блоктору тармагында алмуруттарын күл менен жаап жаткан жок дегенди билдирет.

Бирок, кванттык суперкомпьютерлерди куруу аракеттери жаңы мүмкүнчүлүктөргө энтузиазмды гана жаратпастан, талаш-тартыштарды да жаратууда.

Бир нече ай мурун Москвада өткөн кванттык технологиялар боюнча эл аралык конференцияда Россиянын квант борборунун кызматкери Александр Львовский (7) Канададагы Калгари университетинин физика профессору, кванттык компьютерлер жок кылуу куралыжаратпай туруп.

7. Профессор Александр Львовский

Ал эмнени айткысы келди? Биринчиден, санариптик коопсуздук. Учурда Интернет аркылуу берилүүчү бардык купуя санариптик маалымат кызыкдар тараптардын купуялуулугун коргоо үчүн шифрленген. Биз буга чейин хакерлер шифрлөөнү бузуп, бул маалыматтарды кармап алган учурларды көрдүк.

Львовдун айтымында, кванттык компьютердин пайда болушу киберкылмышкерлердин ишин жеңилдетет. Бүгүнкү күндө белгилүү болгон шифрлөөчү куралдардын бири да чыныгы кванттык компьютердин эсептөөчү күчүнөн өзүн коргой албайт.

Медициналык документтер, каржылык маалыматтар, жада калса өкмөттөрдүн жана аскерий уюмдардын сырлары оңой эле жеткиликтүү болмок, бул Львовский белгилегендей, жаңы технология бүткүл дүйнөлүк тартипке коркунуч туудурушу мүмкүн дегенди билдирет. Башка эксперттер россиялыктардын коркуулары негизсиз деп эсептешет, анткени чыныгы кванттык суперкомпьютерди түзүү да мүмкүнчүлүк берет. кванттык криптографияны баштоо, бузулбас деп эсептелет.

Башка ыкма

Салттуу компьютердик технологиядан жана кванттык системаларды өнүктүрүүдөн тышкары, ар кандай борборлор келечектеги суперкомпьютерлерди куруунун башка ыкмаларынын үстүндө иштеп жатышат.

Америкалык DARPA агенттиги компьютердик дизайндын альтернативалуу чечимдери үчүн алты борборду каржылайт. Заманбап машиналарда колдонулган архитектура шарттуу түрдө деп аталат архитектура фон Нейманоо, ал жетимиш жашта. Университеттин изилдөөчүлөрү үчүн коргонуу колдоосу чоң көлөмдөгү маалыматтарды иштеп чыгууга мурдагыдан да акылдуу ыкманы иштеп чыгууга багытталган.

Буферлөө жана параллелдүү эсептөө Мына ушул бригадалар иштеп жаткан жацы техникалардын кээ бир мисалдары. Башка ADA (), бул CPU жана эстутум компоненттерин модулдар менен бир ассамблеяга айландыруу аркылуу тиркемени иштеп чыгууну жөнөкөйлөтүүгө мүмкүндүк берет, аларды энелик платага туташтыруу маселелери менен күрөшпөй.

Өткөн жылы Улуу Британиядан жана Россиядан келген изилдөөчүлөр тобу бул түрүн ийгиликтүү көрсөткөн "Сыйкырдуу чаң"алардан турат жарык жана зат – Акыр-аягы, эң күчтүү суперкомпьютерлерден да “өндүрүмдүүлүгү” боюнча ашып түштү.

Британиянын Кембридж, Саутгемптон жана Кардифф университеттеринин жана Орусиянын Сколково институтунун окумуштуулары кванттык бөлүкчөлөрдү колдонушкан. поляритонжарык менен заттын ортосундагы нерсе катары аныкталышы мүмкүн. Бул компьютердик эсептөөлөргө таптакыр жаңы ыкма. Окумуштуулардын пикири боюнча, ал биология, каржы жана космостук саякат сыяктуу ар түрдүү тармактарда азыркы учурда чечилбеген суроолорду чечүүгө жөндөмдүү жаңы типтеги компьютердин негизин түзүшү мүмкүн. Изилдөөнүн жыйынтыгы Nature Materials журналында жарыяланды.

Бүгүнкү суперкомпьютерлер көйгөйлөрдүн аз гана пайызын чече аларын унутпаңыз. Жада калса гипотетикалык кванттык компьютер, эгер акыры курулса, эң татаал маселелерди чечүү үчүн квадраттык ылдамдыкты камсыз кылат. Ошол эле учурда, "пери чаңын" жаратуучу поляритондор галлий, мышьяк, индий жана алюминий атомдорунун катмарларын лазер нурлары менен активдештирүү аркылуу түзүлөт.

Бул катмарлардагы электрондор белгилүү түстөгү жарыкты сиңирип, бөлүп чыгарышат. Поляритондор электрондордон он миң эсе жеңил жана заттын жаңы абалын пайда кылуу үчүн жетиштүү тыгыздыкка жете алышат. Бозе-Эйнштейн конденсаты (8). Андагы поляритондордун кванттык фазалары синхрондолуп, фотолюминесценциянын өлчөөлөрү аркылуу аныктала турган бирдиктүү макроскопиялык кванттык объектти түзөт.

8. Бозе-Эйнштейн конденсатын көрсөткөн график

Көрсө, бул өзгөчө абалда поляритон конденсаты кубитке негизделген процессорлорго караганда кванттык компьютерлерди сыпаттоодо биз айткан оптималдаштыруу маселесин чече алат экен. Британ-орус изилдөөлөрүнүн авторлору поляритондор конденсацияланганда алардын кванттык фазалары комплекстүү функциянын абсолюттук минимумуна туура келген конфигурацияда жайгашаарын көрсөтүшкөн.

"Биз татаал маселелерди чечүү үчүн поляритондук графиктердин мүмкүнчүлүктөрүн изилдөөнүн башында турабыз" деп жазат Nature Materials авторлорунун бири. Павлос Лагудакис, Саутгемптон университетинин гибриддик фотоника лабораториясынын башчысы. "Учурда биз негизги иштетүү күчүн сынап жатып, аппаратыбызды жүздөгөн түйүндөргө чейин масштабдап жатабыз."

Жарыктын жана заттын тымызын кванттык фазаларынын дүйнөсүндөгү бул эксперименттерде, атүгүл кванттык процессорлор да кандайдыр бир олдоксон жана реалдуулук менен тыгыз байланышта көрүнөт. Көрүнүп тургандай, илимпоздор эртеңки суперкомпьютерлердин жана эртеңки күндүн унааларынын үстүндө гана иштебестен, эртеңки күнү эмне болорун азыртан эле пландаштырып жатышат.

Бул учурда, exascale жетүү абдан кыйын болот, андан кийин сиз флоп шкаласынын кийинки этаптары жөнүндө ойлоносуз (9). Сиз ойлогондой, аралашмага процессорлорду жана эстутумду кошуу жетиштүү эмес. Окумуштууларга ишене турган болсок, мындай кубаттуу эсептөөчү күчкө жетишүү бизге ракты чечмелөө же астрономиялык маалыматтарды талдоо сыяктуу биз билген мега-проблемаларды чечүүгө мүмкүндүк берет.

9. Суперкомпьютингдин келечеги

Суроону жооп менен дал келтириңиз

Кийинкиси эмне?

Кванттык компьютерлер менен алар эмне үчүн колдонулушу керек деген суроолор туулат. Эски сөз айткандай, компьютерлер аларсыз жок болмок маселелерди чечет. Демек, биз адегенде бул футуристтик супер машиналарды курушубуз керек. Ошондо өзүнөн-өзү көйгөйлөр пайда болот.

Кванттык компьютерлер кайсы тармактарда пайдалуу болушу мүмкүн?

Жасалма интеллект. AI () тажрыйба аркылуу үйрөнүү принцибинде иштейт, ал компьютердик программа “акылдуу” болуп калганга чейин пикир алган сайын так болуп калат. Пикир бир катар мүмкүн болгон варианттардын ыктымалдуулугун эсептөөгө негизделген. Биз, мисалы, Lockheed Martin өзүнүн D-Wave кванттык компьютерин классикалык компьютерлер үчүн өтө татаал автопилоттук программалык камсыздоону сыноо үчүн колдонууну пландаштырып жатканын билебиз, ал эми Google болсо кванттык компьютерди унааларды белгилерден айырмалай алган программалык камсыздоону иштеп чыгуу үчүн колдонуп жатат.

Молекулярдык моделдөө. Кванттык компьютерлердин аркасында химиялык реакциялар үчүн оптималдуу конфигурацияларды таап, молекулярдык өз ара аракеттенүүнү так моделдөө мүмкүн болот. Кванттык химия ушунчалык татаал болгондуктан, заманбап санариптик компьютерлер эң жөнөкөй молекулаларды гана талдай алат. Химиялык реакциялар кванттык табиятка ээ, анткени алар бири-бирин кайталаган өтө чырмалышкан кванттык абалдарды жаратышат, ошондуктан толук өнүккөн кванттык компьютерлер эң татаал процесстерге да оңой баа бере алышат. Google бул жаатта буга чейин эле иш алып барган – алар суутек молекуласын окшоштурушкан. Натыйжада күн батареяларынан баштап дары-дармектерге чейин эффективдүү продуктулар пайда болот.

Криптография. Коопсуздук системалары бүгүнкү күндө натыйжалуу баштапкы муунга көз каранды. Бул мүмкүн болгон ар бир факторду издөө аркылуу санариптик компьютерлер менен жетишүүгө болот, бирок талап кылынган эбегейсиз убакыт "кодду бузууну" кымбат жана ишке ашырууга мүмкүн эмес кылат. Ошол эле учурда, кванттык компьютерлер муну санариптик машиналарга караганда экспоненциалдуу түрдө жасай алат, демек, бүгүнкү коопсуздук ыкмалары жакында эскирип калат. Ошондой эле кванттык шифрлөөнүн келечектүү ыкмалары бар, алар кванттык чырмалуунун бир жактуу табиятынан пайдалануу үчүн иштелип жатат. Шаарды камтыган тармактар ​​буга чейин бир нече өлкөлөрдө көрсөтүлгөн жана жакында кытай окумуштуулары орбиталык "кванттык" спутниктен чырмалышкан фотондорду Жерге кайра үч башка базалык станцияга ийгиликтүү жөнөтүшкөнүн жарыялашкан.

Финансылык моделдөө. Заманбап базарлар эң татаал системалардын бири. Аларды сыпаттоо жана контролдоо үчүн илимий-математикалык аппарат иштелип чыкканына карабастан, илимий дисциплиналардагы принципиалдуу айырмачылыктардан улам мындай иш-чаралардын натыйжалуулугу дагы эле жетишсиз: эксперименттерди жүргүзүү үчүн башкарылуучу чөйрө жок. Бул көйгөйдү чечүү үчүн инвесторлор жана талдоочулар кванттык эсептөөлөргө кайрылышты. Дароо артыкчылыктардын бири - кванттык компьютерлердин мүнөздүү кокустуктары каржы рынокторунун стохастикалык табиятына шайкеш келет. Инвесторлор көбүнчө кокус түзүлгөн сценарийлер боюнча натыйжалардын бөлүштүрүлүшүнө баа берүүнү каалашат.

Аба ырайы. NOAA башкы экономисти Родни Ф. Вейхердин айтымында, АКШнын ИДПсынын дээрлик 30% (6 триллион доллар) аба ырайынан түз же кыйыр түрдө таасир этет. тамак-аш өндүрүшү, транспорт жана чекене соода үчүн. Ошентип, аураны жакшыраак алдын ала айтуу жөндөмдүүлүгү табигый кырсыктардан коргоо үчүн узак убакытты айтпаганда да, көптөгөн аймактарда абдан пайдалуу болмок. Улуу Британиянын улуттук аба ырайы боюнча бөлүмү, Met Office, 2020-жылдан тартып чече турган күч жана масштабдуулук муктаждыктарын канааттандыруу үчүн мындай инновацияга инвестициялай баштады жана өзүнүн масштабдуу эсептөө муктаждыктары жөнүндө отчетун жарыялады.

Бөлүкчөлөр физикасы. Бөлүкчөлөрдүн физикасынын моделдери көбүнчө өтө татаал, татаал чечимдер болуп саналат, алар сандык моделдөө үчүн көп эсептөө убактысын талап кылат. Бул аларды кванттык эсептөө үчүн идеалдуу кылат жана илимпоздор андан мурунтан эле пайда көрүшкөн. Жакында Инсбрук университетинин жана Кванттык оптика жана кванттык маалымат институтунун (IQOQI) изилдөөчүлөрү бул симуляцияларды аткаруу үчүн программалануучу кванттык системаны колдонушту. Nature кагазына ылайык, команда кванттык компьютердин жөнөкөй версиясын колдонушкан, анда иондор логикалык операцияларды, ар кандай компьютердик эсептөөнүн негизги кадамдарын аткарган. Симуляция сүрөттөлгөн физиканын реалдуу эксперименттери менен толук макулдашканын көрсөттү. теориялык физик Питер Золлер дейт. –