האופק של הקודם - ומעבר לו...

מצד אחד, הם צריכים לעזור לנו להביס את הסרטן, לחזות במדויק את מזג האוויר ולשלוט בהיתוך גרעיני. מצד שני, יש חשש שהם יגרמו להרס עולמי או ישעבדו את האנושות. אולם כרגע, המפלצות החישוביות עדיין אינן מסוגלות לעשות טוב גדול ורוע אוניברסלי בו-זמנית.

בשנות ה-60, המחשבים היעילים ביותר היו בעלי הכוח מגהפלופים (מיליוני פעולות נקודה צפה בשנייה). מחשב ראשון עם כוח עיבוד מעל 1 GFLOPS (ג'יגפלופ) היה קריי 2, שהופק על ידי Cray Research ב-1985. הדגם הראשון עם כוח עיבוד מעל 1 TFLOPS (טרפלופ) היה ASCI אדום, שנוצרה על ידי אינטל ב-1997. כוח 1 PFLOPS (petaflops) הגיע Roadrunner, שוחרר על ידי IBM ב-2008.

שיא כוח המחשוב הנוכחי שייך ל-Sunway TaihuLight הסינית והוא 9 PFLOPS.

למרות שכפי שניתן לראות, המכונות החזקות ביותר טרם הגיעו למאות פטפלופ, יותר ויותר מערכות exascaleשבו יש לקחת בחשבון את הכוח exaflopsach (EFLOPS), כלומר. על יותר מ-1018 פעולות בשנייה. עם זאת, עיצובים כאלה עדיין נמצאים רק בשלב של פרויקטים בדרגות שונות של תחכום.

הפחתות (, פעולות נקודה צפה בשנייה) היא יחידה של כוח מחשוב המשמשת בעיקר ביישומים מדעיים. הוא רב תכליתי יותר מבלוק MIPS שנעשה בו שימוש בעבר, כלומר מספר הוראות המעבד בשנייה. פלופ אינו SI, אך ניתן לפרש אותו כיחידה של 1/s.

אתה צריך קנה מידה לסרטן

exaflops, או אלף petaflops, הוא יותר מכל XNUMX מחשבי העל המובילים ביחד. מדענים מקווים שדור חדש של מכונות עם כוח כזה יביא לפריצות דרך בתחומים שונים.

כוח מחשוב בקנה מידה גבוה בשילוב עם טכנולוגיות למידת מכונה המתקדמות במהירות אמור לעזור, למשל, סוף סוף לפצח את קוד הסרטן. כמות הנתונים שצריכים להיות לרופאים כדי לאבחן ולטפל בסרטן היא כה עצומה עד שקשה למחשבים קונבנציונליים להתמודד עם המשימה. במחקר טיפוסי של ביופסיה של גידול בודד נלקחות יותר מ-8 מיליון מדידות, שבמהלכן מנתחים הרופאים את התנהגות הגידול, תגובתו לטיפול תרופתי והשפעה על גופו של המטופל. זהו אוקיינוס ​​אמיתי של נתונים.

אמר ריק סטיבנס ממעבדת ארגון של משרד האנרגיה האמריקאי (DOE). -

שילוב מחקר רפואי עם כוח מחשוב, מדענים פועלים מערכת רשת עצבית CANDLE (). זה מאפשר לך לחזות ולפתח תוכנית טיפול המותאמת לצרכיו האישיים של כל מטופל. זה יעזור למדענים להבין את הבסיס המולקולרי של אינטראקציות מפתח חלבון, לפתח מודלים של תגובה תרופתית חזויה, ולהציע אסטרטגיות טיפול אופטימליות. Argonne מאמין שמערכות exascale יוכלו להריץ את אפליקציית CANDLE מהר פי 50 עד 100 ממכונות העל החזקות ביותר המוכרות כיום.

לכן, אנו מצפים להופעתם של מחשבי-על מסוג Exascale. עם זאת, הגרסאות הראשונות לא בהכרח יופיעו בארה"ב. כמובן, ארה"ב במירוץ ליצור אותם, והממשל המקומי בפרויקט המכונה אורורה משתפת פעולה עם AMD, IBM, Intel ו-Nvidia, בשאיפה להקדים את המתחרים הזרות. עם זאת, זה לא צפוי לקרות לפני 2021. בינתיים, בינואר 2017, מומחים סיניים הודיעו על יצירת אב טיפוס מגודל. מודל מתפקד במלואו של יחידת חישוב מסוג זה הוא - Tianhe-3 - עם זאת, לא סביר שהוא יהיה מוכן בשנים הקרובות.

הסינים מחזיקים חזק

העובדה היא שמאז 2013, פיתוחים סיניים נמצאים בראש רשימת המחשבים החזקים ביותר בעולם. הוא שלט במשך שנים Tianhe-2ועתה שייך הדקל לנזכר Sunway TaihuLight. מאמינים ששתי המכונות החזקות ביותר בממלכה התיכונה הן הרבה יותר חזקות מכל עשרים ואחד מחשבי העל במשרד האנרגיה האמריקאי.

מדענים אמריקאים, כמובן, רוצים להחזיר לעצמם את העמדה המובילה שבה החזיקו לפני חמש שנים, ועובדים על מערכת שתאפשר להם לעשות זאת. הוא נבנה במעבדה הלאומית אוק רידג' בטנסי. פִּסגָה (2), מחשב-על המתוכנן להפעלה מאוחר יותר השנה. זה עולה על העוצמה של Sunway TaihuLight. הוא ישמש לבדיקה ולפיתוח חומרים חדשים חזקים וקלים יותר, כדי לדמות את פנים כדור הארץ באמצעות גלים אקוסטיים, ולתמוך בפרויקטים של אסטרופיזיקה החוקרים את מקור היקום.

2. תכנית מרחבית של מחשב העל Summit

במעבדה הלאומית של Argonne המוזכרת, מדענים מתכננים בקרוב לבנות מכשיר מהיר עוד יותר. ידוע כ A21הביצועים צפויים להגיע ל-200 petaflops.

גם יפן משתתפת במירוץ מחשבי העל. למרות שהיריבות בין ארה"ב לסין היא מעט מאפילה לאחרונה, המדינה הזו היא שמתכננת להשיק מערכת ABKI (), מציע 130 petaflops של כוח. היפנים מקווים שאפשר להשתמש במחשב על כזה לפיתוח AI (בינה מלאכותית) או למידה עמוקה.

בינתיים, הפרלמנט האירופי החליט לבנות מחשב-על של מיליארד אירו של האיחוד האירופי. מפלצת המחשוב הזו תתחיל את עבודתה עבור מרכזי המחקר של היבשת שלנו בתחילת 2022 ו-2023. המכונה תיבנה בפנים פרויקט EuroGPCובנייתו תמומן על ידי המדינות החברות - כך שגם פולין תשתתף בפרויקט זה. הכוח החזוי שלו מכונה בדרך כלל "טרום קנה מידה".

עד כה, לפי דירוג 2017, מבין חמש מאות מחשבי העל המהירים בעולם, לסין יש 202 מכונות כאלה (40%), בעוד שאמריקה שולטת ב-144 (29%).

סין גם משתמשת ב-35% מכוח המחשוב בעולם לעומת 30% בארה"ב. המדינות הבאות עם הכי הרבה מחשבי-על ברשימה הן יפן (35 מערכות), גרמניה (20), צרפת (18) ובריטניה (15). ראוי לציין שללא קשר לארץ המוצא, כל חמש מאות מחשבי העל החזקים ביותר משתמשים בגרסאות שונות של לינוקס ...

הם מעצבים את עצמם

מחשבי-על הם כבר כלי רב ערך התומך בתעשיות המדע והטכנולוגיה. הם מאפשרים לחוקרים ומהנדסים לעשות התקדמות מתמדת (ולפעמים אפילו קפיצות ענק קדימה) בתחומים כמו ביולוגיה, חיזוי מזג אוויר ואקלים, אסטרופיזיקה ונשק גרעיני.

השאר תלוי בכוחם. במהלך העשורים הבאים, השימוש במחשבי-על יכול לשנות באופן משמעותי את המצב הכלכלי, הצבאי והגיאופוליטי של אותן מדינות שיש להן גישה לתשתית חדשנית מסוג זה.

ההתקדמות בתחום זה כל כך מהירה שהתכנון של דורות חדשים של מיקרו-מעבדים כבר הפך לקשה מדי אפילו עבור משאבי אנוש רבים. מסיבה זו, תוכנות מחשב ומחשבי-על מתקדמות ממלאות יותר ויותר תפקיד מוביל בפיתוח מחשבים, לרבות אלה בעלי הקידומת "סופר".

3. מחשב על יפני

חברות התרופות יוכלו בקרוב לפעול במלואה הודות למעצמות מחשוב עיבוד מספר עצום של גנומים אנושיים, בעלי חיים וצמחים שיעזרו ליצור תרופות וטיפולים חדשים למחלות שונות.

סיבה נוספת (למעשה אחת המרכזיות שבהן) מדוע ממשלות משקיעות כל כך הרבה בפיתוח מחשבי-על. כלי רכב יעילים יותר יסייעו למנהיגים צבאיים עתידיים לפתח אסטרטגיות לחימה ברורות בכל מצב לחימה, יאפשרו פיתוח מערכות נשק יעילות יותר ויתמכו ברשויות אכיפת החוק והמודיעין בזיהוי איומים פוטנציאליים מראש.

אין מספיק כוח להדמיית מוח

מחשבי-על חדשים אמורים לסייע בפענוח מחשב העל הטבעי המוכר לנו מזה זמן רב - המוח האנושי.

צוות בינלאומי של מדענים פיתח לאחרונה אלגוריתם המייצג שלב חדש וחשוב בעיצוב הקשרים העצביים של המוח. חָדָשׁ אין אלגוריתם, המתואר במאמר בגישה פתוחה שפורסם ב-Frontiers in Neuroinformatics, צפוי לדמות 100 מיליארד נוירוני מוח אנושיים מחוברים על גבי מחשבי-על. מדענים ממרכז המחקר הגרמני Jülich, האוניברסיטה הנורבגית למדעי החיים, אוניברסיטת אאכן, מכון RIKEN היפני והמכון המלכותי לטכנולוגיה KTH בשטוקהולם היו מעורבים בעבודה.

מאז 2014, סימולציות של רשתות עצביות בקנה מידה גדול פועלות על מחשבי-על RIKEN ו-JUQUEEN במרכז מחשוב העל Jülich בגרמניה, המדמות את החיבורים של כ-1% מהנוירונים במוח האנושי. למה רק כל כך הרבה? האם מחשבי-על יכולים לדמות את כל המוח?

מסבירה סוזן קונקל מחברת KTH השוודית.

במהלך הסימולציה, יש לשלוח פוטנציאל פעולה של נוירון (דחפים חשמליים קצרים) לכל 100 האנשים בקירוב. מחשבים קטנים הנקראים צמתים, כל אחד מצויד במספר מעבדים שמבצעים את החישובים בפועל. כל צומת בודק אילו מהדחפים הללו קשורים לנוירונים הווירטואליים הקיימים בצומת זה.

4. דוגמנות הקשרים המוחיים של נוירונים, כלומר. אנחנו רק בתחילת הדרך (1%)

ברור שכמות זיכרון המחשב הנדרשת על ידי מעבדים עבור ביטים נוספים אלה לכל נוירון גדלה עם גודל הרשת העצבית. כדי ללכת מעבר לסימולציה של 1% של המוח האנושי כולו (4) יהיה צורך פי XNUMX יותר זיכרון ממה שזמין בכל מחשבי העל כיום. לכן, אפשר יהיה לדבר על השגת הדמיה של כל המוח רק בהקשר של מחשבי-על עתידיים בקנה מידה גדול. זה המקום שבו אלגוריתם NEST מהדור הבא אמור לעבוד.

TOP-5 מחשבי העל בעולם

1. Sanway TaihuLight – מחשב-על 93 PFLOPS שהושק ב-2016 בוושי, סין. מאז יוני 2016, הוא נמצא בראש רשימת ה-TOP500 של מחשבי העל בעלי כוח המחשוב הגבוה בעולם.

2. Tianhe-2 (שביל החלב-2) הוא מחשב על בעל עוצמת מחשוב של 33,86 PFLOPS שנבנה על ידי NUDT () בסין. מיוני 2013

עד יוני 2016, זה היה מחשב העל המהיר ביותר בעולם.

3. Pease Dynt - עיצוב שפותח על ידי קריי, שהותקן במרכז המחשוב הלאומי של שוויץ (). לאחרונה הוא שודרג - מאיצי Nvidia Tesla K20X הוחלפו בחדשים, Tesla P100, שאפשרו להגדיל את כוח המחשוב מ-2017 ל-9,8 PFLOPS בקיץ 19,6.

4. Gyokou הוא מחשב-על שפותח על ידי ExaScaler ו-PEZY Computing. ממוקם בסוכנות יפן למדע וטכנולוגיה ימית (JAMSTEC) של מכון יוקוהמה למדעי הגיאוגרפיה; באותה קומה כמו סימולטור כדור הארץ. הספק: 19,14 PFLOPs.

5. טיטניום הוא מחשב-על 17,59 PFLOPS המיוצר על ידי Cray Inc. והושק באוקטובר 2012 במעבדה הלאומית Oak Ridge בארצות הברית. מנובמבר 2012 עד יוני 2013, טיטאן היה מחשב העל המהיר בעולם. כרגע הוא נמצא במקום החמישי, אבל הוא עדיין מחשב העל המהיר ביותר בארה"ב.

הם גם מתחרים על עליונות בקוונטים

יבמ מאמינה שבחמש השנים הקרובות, לא מחשבי-על המבוססים על שבבי סיליקון מסורתיים, אלא יתחילו לשדר. התעשייה רק ​​מתחילה להבין כיצד ניתן להשתמש במחשבים קוונטיים, לפי חוקרי החברה. מהנדסים צפויים לגלות את היישומים העיקריים הראשונים של מכונות אלו תוך חמש שנים בלבד.

מחשבים קוונטיים משתמשים ביחידת מחשוב הנקראת kubitem. מוליכים למחצה רגילים מייצגים מידע בצורה של רצפים של 1 ו-0, בעוד שקיוביטים מציגים תכונות קוונטיות ויכולים לבצע חישובים בו-זמנית כ-1 ו-0. משמעות הדבר היא ששני קיוביטים יכולים לייצג בו-זמנית רצפים של 1-0, 1-1, 0-1 . ., 0-0. כוח המחשוב גדל באופן אקספוננציאלי עם כל קיוביט, כך שתיאורטית למחשב קוונטי עם 50 קיוביטים בלבד יכול להיות כוח עיבוד רב יותר ממחשבי העל החזקים בעולם.

D-Wave Systems כבר מוכרת מחשב קוונטי, שאומרים שיש ממנו 2. קיוביטים. למרות זאת עותקי D-Wave(5) שנוי במחלוקת. למרות שכמה חוקרים השתמשו בהם היטב, הם עדיין לא עמדו בביצועים טובים יותר מהמחשבים הקלאסיים והם שימושיים רק עבור סוגים מסוימים של בעיות אופטימיזציה.

5. מחשבים קוונטיים D-Wave

לפני מספר חודשים, מעבדת הבינה המלאכותית של גוגל הראתה מעבד קוונטי חדש של 72 קיוביטים בשם קונוסים זיפים (6). הוא עשוי להגיע בקרוב ל"עליונות קוונטית" על ידי התעלות על מחשב-על קלאסי, לפחות בכל הנוגע לפתרון כמה בעיות. כאשר מעבד קוונטי מפגין שיעור שגיאות נמוך מספיק בפעולה, הוא יכול להיות יעיל יותר ממחשב-על קלאסי עם משימת IT מוגדרת היטב.

6. מעבד קוונטי Bristlecone 72 qubit

הבא בתור היה המעבד של גוגל, כי בינואר, למשל, הכריזה אינטל על מערכת קוונטית משלה של 49 קיוביטים, וקודם לכן הציגה יבמ גרסת 50 קיוביטים. שבב אינטל, לוהי, הוא חדשני גם במובנים אחרים. זהו המעגל המשולב ה"נוירומורפי" הראשון שנועד לחקות את האופן שבו המוח האנושי לומד ומבין. הוא "מתפקד במלואו" ויהיה זמין לשותפים למחקר בהמשך השנה.

עם זאת, זו רק ההתחלה, כי כדי להיות מסוגל להתמודד עם מפלצות סיליקון, אתה צריך z מיליוני קיוביטים. קבוצת מדענים באוניברסיטה הטכנית ההולנדית בדלפט מקווים שהדרך להשיג קנה מידה כזה היא שימוש בסיליקון במחשבים קוונטיים, מכיוון שחבריהם מצאו פתרון כיצד להשתמש בסיליקון ליצירת מעבד קוונטי הניתן לתכנות.

במחקר שלהם, שפורסם בכתב העת Nature, הצוות ההולנדי שלט בסיבוב של אלקטרון בודד באמצעות אנרגיית מיקרוגל. בסיליקון, האלקטרון היה מסתובב למעלה ולמטה בו-זמנית, ולמעשה מחזיק אותו במקום. ברגע שזה הושג, הצוות חיבר שני אלקטרונים יחד ותכנת אותם להפעיל אלגוריתמים קוונטיים.

אפשר היה ליצור על בסיס סיליקון מעבד קוונטי של שני סיביות.

ד"ר טום ווטסון, אחד ממחברי המחקר, הסביר ל-BBC. אם ווטסון והצוות שלו יצליחו למזג עוד יותר אלקטרונים, זה עלול להוביל למרד. מעבדי קיוביטזה יביא אותנו צעד אחד קרוב יותר למחשבי הקוונטים של העתיד.

- מי שיבנה מחשב קוונטי מתפקד במלואו ישלוט בעולם Manas Mukherjee מהאוניברסיטה הלאומית של סינגפור וחוקר ראשי במרכז הלאומי לטכנולוגיה קוונטית אמר לאחרונה בראיון. המירוץ בין חברות הטכנולוגיה הגדולות ביותר למעבדות המחקר מתמקד כרגע במה שנקרא עליונות קוונטית, הנקודה שבה מחשב קוונטי יכול לבצע חישובים מעבר לכל מה שהמחשבים המודרניים המתקדמים ביותר יכולים להציע.

הדוגמאות לעיל להישגים של גוגל, יבמ ואינטל מצביעות על כך שחברות מארצות הברית (ומכאן גם המדינה) שולטות בתחום זה. עם זאת, Alibaba Cloud של סין הוציאה לאחרונה פלטפורמת מחשוב ענן מבוססת מעבד של 11 קיוביטים, המאפשרת למדענים לבדוק אלגוריתמים קוונטיים חדשים. המשמעות היא שגם סין בתחום בלוקי המחשוב הקוונטי לא מכסה את האגסים באפר.

עם זאת, המאמצים ליצור מחשבי-על קוונטיים לא רק מתלהבים מהאפשרויות החדשות, אלא גם גורמים למחלוקת.

לפני מספר חודשים, במהלך הכנס הבינלאומי לטכנולוגיות קוונטיות במוסקבה, אמר אלכסנדר לבובסקי (7) ממרכז הקוונטים הרוסי, שהוא גם פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת קלגרי בקנדה, כי מחשבים קוונטיים כלי הרסבלי ליצור.

7. פרופסור אלכסנדר לבובסקי

למה הוא התכוון? קודם כל, אבטחה דיגיטלית. נכון לעכשיו, כל המידע הדיגיטלי הרגיש המועבר דרך האינטרנט מוצפן כדי להגן על פרטיותם של בעלי עניין. כבר ראינו מקרים שבהם האקרים יכלו ליירט נתונים אלה על ידי שבירת ההצפנה.

לדברי לבוב, הופעתו של מחשב קוונטי רק תקל על פושעי הסייבר. שום כלי הצפנה המוכר היום לא יכול להגן על עצמו מכוח העיבוד של מחשב קוונטי אמיתי.

רשומות רפואיות, מידע פיננסי ואפילו סודות של ממשלות וארגונים צבאיים יהיו זמינים במחבת, מה שאומר, כפי שמציין לבובסקי, שטכנולוגיה חדשה עלולה לאיים על הסדר העולמי כולו. מומחים אחרים סבורים כי חששותיהם של הרוסים אינם מבוססים, שכן יצירת מחשב-על קוונטי אמיתי תאפשר גם ליזום הצפנה קוונטית, נחשב לבלתי ניתן להריסה.

גישה אחרת

מלבד טכנולוגיות מחשב מסורתיות ופיתוח מערכות קוונטיות, עובדים במרכזים שונים על שיטות נוספות לבניית מחשבי-על של העתיד.

הסוכנות האמריקאית DARPA מממנת שישה מרכזים לפתרונות עיצוב מחשבים חלופיים. הארכיטקטורה המשמשת במכונות מודרניות נקראת בדרך כלל אדריכלות פון נוימןאה, הוא כבר בן שבעים. תמיכת ארגון הביטחון בחוקרי אוניברסיטאות שואפת לפתח גישה חכמה יותר לטיפול בכמויות גדולות של נתונים מאי פעם.

חציצה ומחשוב מקביל הנה כמה דוגמאות לשיטות החדשות שהצוותים האלה עובדים עליהן. אַחֵר ADA (), מה שמפשט את פיתוח האפליקציות על ידי המרת רכיבי מעבד וזיכרון עם מודולים למכלול אחד, במקום להתמודד עם בעיות החיבור שלהם על לוח האם.

בשנה שעברה, צוות חוקרים מבריטניה ורוסיה הוכיח בהצלחה כי הסוג "אבקת קסמים"שממנו הם מורכבים קל וחומר - בסופו של דבר עדיפים ב"ביצועים" אפילו ממחשבי העל החזקים ביותר.

מדענים מהאוניברסיטאות הבריטיות של קיימברידג', סאות'המפטון וקרדיף וממכון סקולקובו הרוסי השתמשו בחלקיקים קוונטיים הידועים בשם פולריטוניםשאפשר להגדיר כמשהו בין אור לחומר. זוהי גישה חדשה לחלוטין למחשוב מחשב. לדברי מדענים, הוא יכול להוות בסיס לסוג חדש של מחשבים המסוגלים לפתור שאלות כרגע שאינן ניתנות לפתרון - בתחומים שונים, כמו ביולוגיה, פיננסים ומסע בחלל. תוצאות המחקר מתפרסמות בכתב העת Nature Materials.

זכרו שמחשבי העל של היום יכולים להתמודד רק עם חלק קטן מהבעיות. אפילו מחשב קוונטי היפותטי, אם ייבנה לבסוף, יספק במקרה הטוב מהירות ריבועית לפתרון הבעיות המורכבות ביותר. בינתיים, הפולריטונים שיוצרים "אבק פיות" נוצרים על ידי הפעלת שכבות של אטומי גליום, ארסן, אינדיום ואלומיניום באמצעות קרני לייזר.

האלקטרונים בשכבות אלו סופגים ופולטים אור בצבע מסוים. פולריטונים קלים פי עשרת אלפים מאלקטרונים ויכולים להגיע לצפיפות מספקת כדי להוליד מצב חדש של חומר המכונה בונד-איינשטיין עיבוי (שמונה). השלבים הקוונטיים של הקוטבים בו מסונכרנים ויוצרים עצם קוונטי מאקרוסקופי יחיד, אותו ניתן לזהות על ידי מדידות פוטו-לומינצנציה.

8. עלילה המציגה קונדנסט של Bose-Instein

מסתבר שבמצב המסוים הזה, עיבוי פולאריטון יכול לפתור את בעיית האופטימיזציה שהזכרנו בעת תיאור מחשבים קוונטיים בצורה יעילה הרבה יותר ממעבדים מבוססי קיוביט. מחברי מחקרים בריטיים-רוסים הראו שכאשר הקוטבים מתעבים, השלבים הקוונטיים שלהם מסודרים בתצורה המתאימה למינימום המוחלט של פונקציה מורכבת.

"אנחנו בתחילת בחינת הפוטנציאל של עלילות פולאריטון לפתרון בעיות מורכבות", כותב מחבר שותף של Nature Materials, פרופ. פבלוס לגודאקיס, ראש מעבדת הפוטוניקה ההיברידית באוניברסיטת סאות'המפטון. "כרגע אנו מרחיבים את המכשיר שלנו למאות צמתים תוך בדיקת כוח העיבוד הבסיסי."

בניסויים אלו מעולם השלבים הקוונטיים העדינים של אור וחומר, אפילו מעבדים קוונטיים נראים כמשהו מגושם ומקושר היטב עם המציאות. כפי שניתן לראות, מדענים לא עובדים רק על מחשבי העל של המחר והמכונות של מחרתיים, אלא הם כבר מתכננים מה יקרה מחרתיים.

בשלב זה להגיע ל-exascale יהיה אתגר לא קטן, ואז תחשוב על אבני הדרך הבאות בסולם הפלופ (9). כפי שאולי ניחשתם, רק הוספת מעבדים וזיכרון לזה לא מספיקה. אם להאמין למדענים, השגת כוח מחשוב כה חזק יאפשר לנו לפתור מגה-בעיות המוכרות לנו, כמו פענוח סרטן או ניתוח נתונים אסטרונומיים.

9. העתיד של מחשוב העל

התאם את השאלה עם התשובה

מה הלאה?

ובכן, במקרה של מחשבים קוונטיים, עולות שאלות למה הם צריכים לשמש. לפי הפתגם הישן, מחשבים פותרים בעיות שלא היו קיימות בלעדיהם. אז כנראה שאנחנו צריכים לבנות קודם כל את מכונות העל העתידניות האלה. ואז יתעוררו בעיות מעצמן.

באילו תחומים מחשבים קוונטיים יכולים להיות שימושיים?

בינה מלאכותית. בינה מלאכותית () עובדת על עיקרון הלמידה באמצעות התנסות, שהופכת מדויקת יותר ויותר ככל שמתקבל משוב ועד שתוכנת המחשב הופכת ל"חכמה". המשוב מבוסס על חישובים של הסתברויות של מספר אפשרויות אפשריות. אנחנו כבר יודעים שלוקהיד מרטין, למשל, מתכננת להשתמש במחשב הקוונטי D-Wave שלה כדי לבדוק תוכנת טייס אוטומטי שהיא כיום מורכבת מדי עבור מחשבים קלאסיים, וגוגל משתמשת במחשב קוונטי כדי לפתח תוכנה שיכולה להבחין בין מכוניות לציוני דרך.

דוגמנות מולקולרית. הודות למחשבים קוונטיים, ניתן יהיה ליצור מודל מדויק של אינטראקציות מולקולריות, בחיפוש אחר התצורות האופטימליות לתגובות כימיות. כימיה קוונטית היא כל כך מורכבת שמחשבים דיגיטליים מודרניים יכולים לנתח רק את המולקולות הפשוטות ביותר. תגובות כימיות הן קוונטיות בטבען מכיוון שהן יוצרות מצבים קוונטיים מאוד סבוכים שחופפים זה את זה, כך שמחשבים קוונטיים מפותחים יכולים להעריך בקלות אפילו את התהליכים המורכבים ביותר. לגוגל כבר יש פיתוחים בתחום הזה - הם יצרו מודל של מולקולת המימן. התוצאה תהיה מוצרים יעילים יותר, החל מפאנלים סולאריים ועד לתרופות.

קריפטוגרפיה. מערכות אבטחה כיום תלויות בדור ראשוני יעיל. ניתן להשיג זאת עם מחשבים דיגיטליים על ידי הסתכלות על כל גורם אפשרי, אך כמות הזמן העצומה הנדרשת לשם כך הופכת את "שבירת הקוד" ליקרה ולא מעשית. בינתיים, מחשבים קוונטיים יכולים לעשות זאת בצורה אקספוננציאלית, ביעילות רבה יותר ממכונות דיגיטליות, כלומר שיטות האבטחה של היום יתיישנו בקרוב. ישנן גם שיטות הצפנה קוונטית מבטיחות שמפותחות כדי לנצל את האופי החד-כיווני של ההסתבכות הקוונטית. רשתות ברחבי העיר כבר הוכחו בכמה מדינות, ומדענים סינים הודיעו לאחרונה שהם שולחים בהצלחה פוטונים סבוכים מלוויין "קוונטי" שמסתובב לשלוש תחנות בסיס נפרדות בחזרה לכדור הארץ.

דוגמנות פיננסית. שווקים מודרניים הם בין המערכות המורכבות ביותר שקיימות. למרות שפותח המנגנון המדעי והמתמטי לתיאורם ולבקרתם, האפקטיביות של פעילויות כאלה עדיין אינה מספקת במידה רבה בשל ההבדל המהותי בין דיסציפלינות מדעיות: אין סביבה מבוקרת שבה ניתן לבצע ניסויים. כדי לפתור בעיה זו, משקיעים ואנליסטים פנו למחשוב קוונטי. יתרון מיידי אחד הוא שהאקראיות הטבועה במחשבים קוונטיים עולה בקנה אחד עם האופי הסטוכסטי של השווקים הפיננסיים. משקיעים רוצים לעתים קרובות להעריך את התפלגות התוצאות במספר גדול מאוד של תרחישים שנוצרו באופן אקראי.

תחזית מזג האוויר. הכלכלן הראשי של NOAA, רודני פ. וויהר, טוען שכמעט 30% מהתמ"ג האמריקאי (6 טריליון דולר) תלויים במישרין או בעקיפין במזג האוויר. לייצור מזון, תחבורה וקמעונאות. לפיכך, היכולת לחזות טוב יותר את ההילה תהיה שימושית מאוד בתחומים רבים, שלא לדבר על הזמן הארוך יותר המוקצב להגנה על אסונות טבע. הזרוע המטאורולוגית הלאומית של בריטניה, ה-Met Office, כבר החלה להשקיע בחידושים מסוג זה כדי לענות על צורכי הכוח והמדרגיות איתם תצטרך להתמודד מ-2020 ואילך, ופרסמה דוח על צרכי המחשוב האקסקלוסיביים שלה.

פיזיקת החלקיקים. מודלים של פיסיקה של חלקיקים מוצקים הם לרוב פתרונות מורכבים ביותר, הדורשים זמן חישוב רב עבור הדמיות מספריות. זה הופך אותם לאידיאליים עבור מחשוב קוונטי, ומדענים כבר ניצלו את זה. חוקרים מאוניברסיטת אינסברוק והמכון לאופטיקה קוונטית ומידע קוונטי (IQOQI) השתמשו לאחרונה במערכת קוונטית הניתנת לתכנות כדי לבצע סימולציה זו. לפי פרסום ב-Nature, הקבוצה השתמשה בגרסה פשוטה של ​​מחשב קוונטי שבו יונים ביצעו פעולות לוגיות, השלבים הבסיסיים של כל חישוב ממוחשב. הסימולציה הראתה הסכמה מלאה עם הניסויים האמיתיים של הפיזיקה המתוארת. אומר הפיזיקאי התיאורטי פיטר צולר. -