أفق السابق - وما بعده ...

فمن ناحية ، يجب أن تساعدنا في هزيمة السرطان ، والتنبؤ بدقة بالطقس ، وإتقان الاندماج النووي. من ناحية أخرى ، هناك مخاوف من أن يتسببوا في دمار عالمي أو استعباد البشرية. ومع ذلك ، في الوقت الحالي ، لا تزال الوحوش الحاسوبية غير قادرة على فعل الخير العظيم والشر الشامل في نفس الوقت.

في الستينيات ، كانت أجهزة الكمبيوتر الأكثر كفاءة تمتلك القوة ميغافلوبس (ملايين عمليات الفاصلة العائمة في الثانية). أول كمبيوتر مزود بقوة معالجة فوق 1 GFLOPS (gigaflops) كان كراي 2، من إنتاج شركة Cray Research في عام 1985. النموذج الأول بقوة المعالجة أعلى من 1 TFLOPS (teraflops) كان ASCI الأحمر، تم إنشاؤه بواسطة Intel في عام 1997. تم الوصول إلى الطاقة 1 PFLOPS (بيتافلوبس) نقار الخشب، الذي أصدرته شركة IBM في عام 2008.

سجل قوة الحوسبة الحالي ينتمي إلى الصينية Sunway TaihuLight وهو 9 PFLOPS.

على الرغم من أنه ، كما ترون ، فإن أقوى الآلات لم تصل بعد إلى مئات البيتافلوبس ، وأكثر وأكثر أنظمة الإكساسكيلالتي يجب أن تؤخذ السلطة في الاعتبار إكسافلوبساش (EFLOPS) ، أي حوالي 1018 عملية في الثانية. ومع ذلك ، فإن مثل هذه التصاميم لا تزال في مرحلة المشاريع بدرجات متفاوتة من التطور.

التخفيضات (، عمليات الفاصلة العائمة في الثانية) هي وحدة من قوة الحوسبة المستخدمة بشكل أساسي في التطبيقات العلمية. إنه أكثر تنوعًا من كتلة MIPS المستخدمة سابقًا ، مما يعني عدد تعليمات المعالج في الثانية. التقليب ليس SI ، ولكن يمكن تفسيره على أنه وحدة من 1 / s.

أنت بحاجة إلى الإكساسكيل للسرطان

إن exaflops ، أو ألف بيتافلوب ، هو أكثر من جميع أفضل XNUMX كمبيوتر عملاق مجتمعين. يأمل العلماء أن يحقق جيل جديد من الآلات بهذه القوة اختراقات في مختلف المجالات.

يجب أن تساعد قوة حوسبة الإكساسكيل جنبًا إلى جنب مع تقنيات التعلم الآلي المتطورة بسرعة ، على سبيل المثال ، أخيرًا كسر رمز السرطان. إن كمية البيانات التي يجب أن يمتلكها الأطباء من أجل تشخيص السرطان وعلاجه ضخمة جدًا بحيث يصعب على أجهزة الكمبيوتر التقليدية التعامل مع هذه المهمة. في دراسة نموذجية لخزعة الورم الفردية ، تم إجراء أكثر من 8 ملايين قياس ، يقوم خلالها الأطباء بتحليل سلوك الورم ، واستجابته للعلاج الدوائي ، وتأثيره على جسم المريض. هذا محيط حقيقي من البيانات.

قال ريك ستيفنز من مختبر أرغون التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. -

يعمل العلماء على الجمع بين البحث الطبي وقوة الحوسبة نظام الشبكة العصبية CANDLE (). يتيح لك ذلك التنبؤ ووضع خطة علاج مصممة خصيصًا لتلبية الاحتياجات الفردية لكل مريض. سيساعد هذا العلماء على فهم الأساس الجزيئي لتفاعلات البروتين الرئيسية ، وتطوير نماذج الاستجابة التنبؤية للأدوية ، واقتراح استراتيجيات العلاج المثلى. يعتقد Argonne أن أنظمة الإكساسكيل ستكون قادرة على تشغيل تطبيق CANDLE بمعدل 50 إلى 100 مرة أسرع من أقوى الآلات الخارقة المعروفة اليوم.

لذلك ، نحن نتطلع إلى ظهور حواسيب الإكساسكيل العملاقة. ومع ذلك ، فإن الإصدارات الأولى لن تظهر بالضرورة في الولايات المتحدة. بطبيعة الحال ، فإن الولايات المتحدة في سباق من أجل إنشائها ، والحكومة المحلية في مشروع معروف باسم الشفق تتعاون مع AMD و IBM و Intel و Nvidia ، وتسعى جاهدة للتقدم على المنافسين الأجانب. ومع ذلك ، لا يُتوقع حدوث ذلك قبل عام 2021. وفي الوقت نفسه ، في يناير 2017 ، أعلن الخبراء الصينيون عن إنشاء نموذج أولي للإكساسكيل. النموذج الذي يعمل بكامل طاقته لهذا النوع من الوحدات الحسابية هو - تيانخه-3 - ومع ذلك ، فمن غير المرجح أن تكون جاهزة في السنوات القليلة المقبلة.

تمسك الصينيون بإحكام

الحقيقة هي أنه منذ عام 2013 ، تصدرت التطورات الصينية قائمة أقوى أجهزة الكمبيوتر في العالم. سيطر لسنوات تيانخه-2والآن النخيل ينتمي إلى المذكور صنواي تايهو لايت. من المعتقد أن هاتين الأداتين الأقوى في المملكة الوسطى أقوى بكثير من جميع الحواسيب العملاقة البالغ عددها XNUMX في وزارة الطاقة الأمريكية.

يريد العلماء الأمريكيون ، بالطبع ، استعادة المكانة الرائدة التي احتلوها قبل خمس سنوات ، وهم يعملون على نظام يسمح لهم بالقيام بذلك. يتم بناؤه في مختبر أوك ريدج الوطني في ولاية تينيسي. قمة (2) ، كمبيوتر عملاق من المقرر تشغيله في وقت لاحق من هذا العام. إنه يفوق قوة صنواي تايهو لايت. سيتم استخدامه لاختبار وتطوير مواد جديدة أقوى وأخف وزناً ، لمحاكاة باطن الأرض باستخدام الموجات الصوتية ، ولدعم مشاريع الفيزياء الفلكية التي تبحث في أصل الكون.

2. المخطط المكاني للحاسوب العملاق ساميت

في مختبر أرجون الوطني المذكور ، يخطط العلماء قريبًا لبناء جهاز أسرع. معروف ك A21ومن المتوقع أن يصل الأداء إلى 200 بيتافلوب.

وتشارك اليابان أيضًا في سباق الحواسيب العملاقة. على الرغم من أن التنافس بين الولايات المتحدة والصين قد طغى عليه إلى حد ما مؤخرًا ، إلا أن هذا البلد هو الذي يخطط للانطلاق نظام ABC () ، تقدم 130 بيتافلوبس من الطاقة. يأمل اليابانيون في إمكانية استخدام هذا الكمبيوتر العملاق لتطوير الذكاء الاصطناعي (الذكاء الاصطناعي) أو التعلم العميق.

في غضون ذلك ، قرر البرلمان الأوروبي للتو بناء جهاز كمبيوتر عملاق بقيمة مليار يورو من الاتحاد الأوروبي. سيبدأ هذا الوحش الحاسوبي عمله لمراكز البحث في قارتنا في مطلع عامي 2022 و 2023. سيتم بناء الجهاز في الداخل مشروع EuroGPKوسيتم تمويل بنائه من قبل الدول الأعضاء - لذلك ستشارك بولندا أيضًا في هذا المشروع. يشار إلى قوتها المتوقعة عادة باسم "ما قبل الإكساسكيل".

حتى الآن ، وفقًا لتصنيف عام 2017 ، من بين أسرع خمسمائة جهاز كمبيوتر عملاق في العالم ، تمتلك الصين 202 من هذه الأجهزة (40٪) ، بينما تسيطر أمريكا على 144 (29٪).

تستخدم الصين أيضًا 35٪ من قوة الحوسبة العالمية مقارنة بـ 30٪ في الولايات المتحدة. الدول التالية التي تضم أكبر عدد من أجهزة الكمبيوتر العملاقة في القائمة هي اليابان (35 نظامًا) وألمانيا (20) وفرنسا (18) والمملكة المتحدة (15). من الجدير بالذكر أنه بغض النظر عن بلد المنشأ ، فإن جميع أجهزة الكمبيوتر العملاقة الخمسمائة الأكثر قوة تستخدم إصدارات مختلفة من Linux ...

إنهم يصممون أنفسهم

تعد أجهزة الكمبيوتر العملاقة بالفعل أداة قيمة تدعم صناعات العلوم والتكنولوجيا. إنها تسمح للباحثين والمهندسين بإحراز تقدم مطرد (وأحيانًا قفزات هائلة إلى الأمام) في مجالات مثل علم الأحياء والتنبؤ بالطقس والمناخ والفيزياء الفلكية والأسلحة النووية.

الباقي يعتمد على قوتهم. على مدى العقود القادمة ، يمكن أن يؤدي استخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة إلى تغيير كبير في الوضع الاقتصادي والعسكري والجيوسياسي لتلك البلدان التي لديها إمكانية الوصول إلى هذا النوع من البنية التحتية فائقة الحداثة.

التقدم في هذا المجال سريع للغاية لدرجة أن تصميم الأجيال الجديدة من المعالجات الدقيقة أصبح بالفعل صعبًا للغاية حتى بالنسبة للعديد من الموارد البشرية. لهذا السبب ، تلعب برامج الكمبيوتر المتقدمة والحواسيب الفائقة دورًا رائدًا بشكل متزايد في تطوير أجهزة الكمبيوتر ، بما في ذلك تلك التي تحتوي على البادئة "super".

3. الحاسوب العملاق الياباني

ستتمكن شركات الأدوية قريبًا من العمل بكامل طاقتها بفضل القوى الحاسوبية الخارقة معالجة عدد كبير من الجينوم البشريوالحيوانات والنباتات التي ستساعد في ابتكار أدوية وعلاجات جديدة لمختلف الأمراض.

سبب آخر (في الواقع أحد الأسباب الرئيسية) لماذا تستثمر الحكومات الكثير في تطوير أجهزة الكمبيوتر العملاقة. ستساعد المركبات الأكثر كفاءة القادة العسكريين المستقبليين على تطوير استراتيجيات قتالية واضحة في أي حالة قتالية ، وتسمح بتطوير أنظمة أسلحة أكثر فعالية ، وأيضًا دعم وكالات إنفاذ القانون والاستخبارات في تحديد التهديدات المحتملة مسبقًا.

لا توجد قوة كافية لمحاكاة الدماغ

يجب أن تساعد الحواسيب العملاقة الجديدة في فك شفرة الحواسيب العملاقة الطبيعية المعروفة لنا منذ فترة طويلة - الدماغ البشري.

طور فريق دولي من العلماء مؤخرًا خوارزمية تمثل خطوة جديدة مهمة في نمذجة الاتصالات العصبية في الدماغ. جديد لا خوارزميةالموصوفة في ورقة بحث مفتوح نُشرت في Frontiers in Neuroinformatics ، من المتوقع أن تحاكي 100 مليار خلية عصبية مترابطة في الدماغ البشري على أجهزة الكمبيوتر العملاقة. شارك في العمل علماء من مركز الأبحاث الألماني يوليش والجامعة النرويجية لعلوم الحياة وجامعة آخن ومعهد RIKEN الياباني والمعهد الملكي KTH للتكنولوجيا في ستوكهولم.

منذ عام 2014 ، كانت عمليات محاكاة الشبكة العصبية واسعة النطاق تعمل على حواسيب RIKEN و JUQUEEN العملاقة في مركز Jülich Supercomputing Center في ألمانيا ، مما يحاكي اتصالات ما يقرب من 1٪ من الخلايا العصبية في الدماغ البشري. لماذا فقط الكثير؟ هل تستطيع الحواسيب العملاقة محاكاة الدماغ بأكمله؟

توضح سوزان كونكيل من شركة KTH السويدية.

أثناء المحاكاة ، يجب إرسال جهد عمل عصبي (نبضات كهربائية قصيرة) إلى ما يقرب من 100 شخص. أجهزة كمبيوتر صغيرة تسمى العقد ، كل منها مزود بعدد من المعالجات التي تقوم بالحسابات الفعلية. تتحقق كل عقدة من أي من هذه النبضات مرتبطة بالخلايا العصبية الافتراضية الموجودة في هذه العقدة.

4. نمذجة الوصلات الدماغية للخلايا العصبية ، أي نحن فقط في بداية الرحلة (1٪)

من الواضح أن مقدار ذاكرة الكمبيوتر التي تتطلبها المعالجات لهذه البتات الإضافية لكل خلية عصبية تزداد مع حجم الشبكة العصبية. لتجاوز محاكاة 1٪ للدماغ البشري بأكمله (4) سيتطلب ذلك XNUMX ضعف الذاكرة مما هو متاح في جميع أجهزة الكمبيوتر العملاقة اليوم. لذلك ، سيكون من الممكن التحدث عن الحصول على محاكاة للدماغ كله فقط في سياق حواسيب الإكساسكيل العملاقة المستقبلية. هذا هو المكان الذي يجب أن يعمل فيه الجيل التالي من خوارزمية NEST.

أفضل 5 حواسيب عملاقة في العالم

1. صنواي تايهو لايت - تم إطلاق 93 كمبيوتر فائق PFLOPS في عام 2016 في Wuxi ، الصين. منذ يونيو 2016 ، تصدرت قائمة أفضل 500 أجهزة كمبيوتر عملاقة تتمتع بأعلى قوة حوسبة في العالم.

2- Tianhe-2 (Milky Way-2) هو كمبيوتر عملاق بقوة حوسبة تبلغ 33,86 PFLOPS تم بناؤه بواسطة NUDT () في الصين. من يونيو 2013

حتى يونيو 2016 ، كان أسرع كمبيوتر عملاق في العالم.

3. بيز ديانت - تصميم تم تطويره بواسطة Cray ، تم تثبيته في المركز السويسري الوطني للحوسبة الفائقة (). تمت ترقيته مؤخرًا - تم استبدال مسرعات Nvidia Tesla K20X بأخرى جديدة ، Tesla P100 ، مما جعل من الممكن زيادة قوة الحوسبة من 2017 إلى 9,8 PFLOPS في صيف عام 19,6.

4. جيوكو هو كمبيوتر عملاق تم تطويره بواسطة ExaScaler و PEZY Computing. مقرها في الوكالة اليابانية للعلوم البحرية والتكنولوجيا (JAMSTEC) التابعة لمعهد يوكوهاما لعلوم الأرض ؛ في نفس الطابق مثل جهاز محاكاة الأرض. القوة: 19,14 PFLOPs.

5. التيتانيوم هو كمبيوتر عملاق 17,59 PFLOPS تم تصنيعه بواسطة شركة Cray Inc. وتم إطلاقه في أكتوبر 2012 في مختبر أوك ريدج الوطني في الولايات المتحدة. من نوفمبر 2012 إلى يونيو 2013 ، كان Titan أسرع كمبيوتر عملاق في العالم. إنه حاليًا في المرتبة الخامسة ، لكنه لا يزال أسرع كمبيوتر عملاق في الولايات المتحدة.

هم أيضا يتنافسون على التفوق في الكم

تعتقد شركة IBM أنه في السنوات الخمس المقبلة ، لن تبدأ أجهزة الكمبيوتر العملاقة القائمة على رقائق السيليكون التقليدية ، ولكنها ستبدأ البث. بدأت الصناعة للتو في فهم كيفية استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، وفقًا لباحثي الشركة. من المتوقع أن يكتشف المهندسون التطبيقات الرئيسية الأولى لهذه الآلات في غضون خمس سنوات فقط.

تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية وحدة حوسبة تسمى ذراع. تمثل أشباه الموصلات العادية المعلومات في شكل متواليات من 1 و 0 ، بينما تُظهر الكيوبتات خصائص كمية ويمكنها إجراء الحسابات في نفس الوقت كـ 1 و 0. وهذا يعني أن اثنين من الكيوبتات يمكنهما تمثيل متواليات 1-0 ، 1-1 ، 0-1 في نفس الوقت. . ، 0-0. تزداد قوة الحوسبة أضعافًا مضاعفة مع كل كيوبت ، لذلك نظريًا يمكن للكمبيوتر الكمومي الذي يحتوي على 50 كيوبت فقط أن يتمتع بقوة معالجة أكبر من أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم.

تبيع D-Wave Systems بالفعل جهاز كمبيوتر كمي ، ويقال أن هناك 2 منها. كيوبت. لكن نسخ D-Wavه (5) قابلة للنقاش. على الرغم من أن بعض الباحثين قد استخدموها جيدًا ، إلا أنهم لم يتفوقوا على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية ولا يفيدون إلا في فئات معينة من مشاكل التحسين.

5. الحاسبات الكمومية D-Wave

قبل بضعة أشهر ، أظهر مختبر Google Quantum AI Lab معالجًا كميًا جديدًا بسعة 72 كيلوبت يسمى مخاريط الشعر الخشن (6). قد يحقق قريبًا "التفوق الكمي" من خلال تجاوز الحواسيب العملاقة الكلاسيكية ، على الأقل عندما يتعلق الأمر بحل بعض المشكلات. عندما يُظهر المعالج الكمي معدل خطأ منخفضًا بدرجة كافية في التشغيل ، يمكن أن يكون أكثر كفاءة من الكمبيوتر العملاق الكلاسيكي بمهمة تكنولوجيا معلومات محددة جيدًا.

6. Bristlecone 72 كيوبت معالج الكم

التالي في الطابور كان معالج Google ، لأنه في يناير ، على سبيل المثال ، أعلنت إنتل عن نظامها الكمي الذي يبلغ حجمه 49 كيلوبت ، وقدمت شركة IBM في وقت سابق إصدارًا بسعة 50 كيلوبت. رقاقة إنتل ، Loihi، فهو مبتكر بطرق أخرى أيضًا. إنها أول دائرة متكاملة "عصبية الشكل" مصممة لتقليد كيفية تعلم الدماغ البشري وفهمه. وهي "تعمل بكامل طاقتها" وستكون متاحة لشركاء البحث في وقت لاحق من هذا العام.

ومع ذلك ، هذه ليست سوى البداية ، لأنه لكي تكون قادرًا على التعامل مع وحوش السيليكون ، فأنت بحاجة إلى z ملايين الكيوبتات. يأمل مجموعة من العلماء في الجامعة التقنية الهولندية في دلفت أن تكون طريقة تحقيق هذا النطاق هي استخدام السيليكون في أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، لأن أعضاءهم وجدوا حلاً لكيفية استخدام السيليكون لإنشاء معالج كمومي قابل للبرمجة.

في دراستهم التي نُشرت في مجلة Nature ، قام الفريق الهولندي بالتحكم في دوران إلكترون واحد باستخدام طاقة الميكروويف. في السيليكون ، يدور الإلكترون لأعلى ولأسفل في نفس الوقت ، مما يجعله ثابتًا في مكانه. بمجرد تحقيق ذلك ، قام الفريق بتوصيل إلكترونين معًا وبرمجتهما لتشغيل خوارزميات كمومية.

كان من الممكن إنشاء على أساس السيليكون معالج الكم ثنائي بت.

أوضح الدكتور توم واتسون ، أحد مؤلفي الدراسة ، لبي بي سي. إذا تمكن واطسون وفريقه من دمج المزيد من الإلكترونات ، فقد يؤدي ذلك إلى تمرد. معالجات كيوبتهذا سيقربنا خطوة واحدة من الحواسيب الكمومية في المستقبل.

- كل من يقوم ببناء جهاز كمبيوتر كمي يعمل بكامل طاقته سيحكم العالم قال ماناس موخيرجي من جامعة سنغافورة الوطنية والمحقق الرئيسي في المركز الوطني لتكنولوجيا الكم مؤخرًا في مقابلة. السباق بين أكبر شركات التكنولوجيا والمختبرات البحثية يركز حاليًا على ما يسمى ب التفوق الكمومي، النقطة التي يمكن عندها للكمبيوتر الكمومي إجراء عمليات حسابية تتجاوز أي شيء يمكن أن تقدمه أجهزة الكمبيوتر الحديثة الأكثر تقدمًا.

تشير الأمثلة المذكورة أعلاه لإنجازات Google و IBM و Intel إلى أن الشركات من الولايات المتحدة (وبالتالي الدولة) تهيمن في هذا المجال. ومع ذلك ، أصدرت شركة Alibaba Cloud الصينية مؤخرًا منصة حوسبة سحابية تعتمد على معالج بسعة 11 كيلوبت تتيح للعلماء اختبار خوارزميات كمومية جديدة. وهذا يعني أن الصين في مجال كتل الحوسبة الكمية لا تغطي الكمثرى بالرماد.

ومع ذلك ، فإن الجهود المبذولة لإنشاء أجهزة كمبيوتر عملاقة كمومية ليست فقط متحمسة للإمكانيات الجديدة ، ولكنها أيضًا تسبب الجدل.

قبل بضعة أشهر ، خلال المؤتمر الدولي لتقنيات الكم في موسكو ، قال ألكسندر لفوفسكي (7) من مركز الكم الروسي ، وهو أيضًا أستاذ الفيزياء في جامعة كالجاري في كندا ، إن أجهزة الكمبيوتر الكمومية أداة تدميربدون خلق.

7. الأستاذ الكسندر لفوفسكي

ماذا كان يعني؟ أولا وقبل كل شيء ، الأمن الرقمي. حاليًا ، يتم تشفير جميع المعلومات الرقمية الحساسة المرسلة عبر الإنترنت لحماية خصوصية الأطراف المهتمة. لقد رأينا بالفعل حالات حيث يمكن للمتسللين اعتراض هذه البيانات عن طريق كسر التشفير.

وفقًا لفوف ، فإن ظهور الكمبيوتر الكمومي سيجعل الأمر أسهل على مجرمي الإنترنت فقط. لا توجد أداة تشفير معروفة اليوم يمكنها حماية نفسها من قوة المعالجة للكمبيوتر الكمومي الحقيقي.

ستكون السجلات الطبية ، والمعلومات المالية ، وحتى أسرار الحكومات والمنظمات العسكرية متاحة في مقلاة ، مما يعني ، كما يلاحظ لفوفسكي ، أن التكنولوجيا الجديدة يمكن أن تهدد النظام العالمي بأكمله. يعتقد خبراء آخرون أن مخاوف الروس لا أساس لها من الصحة ، لأن إنشاء كمبيوتر عملاق كمي حقيقي سيسمح أيضًا بدء التشفير الكمي، تعتبر غير قابلة للتدمير.

مقاربة أخرى

بالإضافة إلى تقنيات الكمبيوتر التقليدية وتطوير أنظمة الكم ، تعمل مراكز مختلفة على طرق أخرى لبناء حواسيب عملاقة في المستقبل.

تمول الوكالة الأمريكية DARPA ستة مراكز لحلول تصميم الكمبيوتر البديلة. العمارة المستخدمة في الآلات الحديثة تسمى تقليديا العمارة فون نيومانأوه ، لقد بلغ السبعين من عمره بالفعل. يهدف دعم منظمة الدفاع للباحثين الجامعيين إلى تطوير نهج أكثر ذكاءً للتعامل مع كميات كبيرة من البيانات أكثر من أي وقت مضى.

التخزين المؤقت والحوسبة المتوازية فيما يلي بعض الأمثلة على الأساليب الجديدة التي تعمل عليها هذه الفرق. آخر ADA () ، مما يبسط تطوير التطبيقات عن طريق تحويل مكونات وحدة المعالجة المركزية والذاكرة بوحدات نمطية إلى مجموعة واحدة ، بدلاً من التعامل مع مشكلات اتصالها على اللوحة الأم.

في العام الماضي ، نجح فريق من الباحثين من المملكة المتحدة وروسيا في إثبات هذا النوع "الغبار السحري"التي تتكون منها الضوء والمادة - متفوقًا في "الأداء" حتى على أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة.

استخدم علماء من جامعات كامبريدج وساوثامبتون وكارديف البريطانية ومعهد سكولكوفو الروسي جسيمات كمومية معروفة باسم بولاريتونوالتي يمكن تعريفها على أنها شيء بين الضوء والمادة. هذه طريقة جديدة تمامًا لحوسبة الكمبيوتر. وفقًا للعلماء ، يمكن أن يشكل أساسًا لنوع جديد من الكمبيوتر قادر على حل الأسئلة غير القابلة للحل حاليًا - في مختلف المجالات ، مثل علم الأحياء والتمويل والسفر إلى الفضاء. نُشرت نتائج الدراسة في مجلة Nature Materials.

تذكر أن أجهزة الكمبيوتر العملاقة اليوم يمكنها فقط التعامل مع جزء صغير من المشاكل. حتى الكمبيوتر الكمومي الافتراضي ، إذا تم بناؤه أخيرًا ، سيوفر في أفضل الأحوال تسريعًا تربيعيًا لحل المشكلات الأكثر تعقيدًا. وفي الوقت نفسه ، يتم إنشاء البولاريتونات التي تخلق "الغبار الخيالي" عن طريق تنشيط طبقات من ذرات الغاليوم والزرنيخ والإنديوم والألمنيوم بأشعة الليزر.

تمتص الإلكترونات في هذه الطبقات وتنبعث منها ضوءًا من لون معين. البولاريتونات أخف بعشرة آلاف مرة من الإلكترونات ويمكن أن تصل إلى كثافة كافية لإحداث حالة جديدة من المادة تعرف باسم مكثف بوز-آينشتاين (8). تتم مزامنة الأطوار الكمومية للبولاريتونات فيها وتشكل كائنًا كميًا واحدًا يمكن اكتشافه عن طريق قياسات التلألؤ الضوئي.

8. رسم بياني لتكثيف بوز-آينشتاين

اتضح أنه في هذه الحالة بالذات ، يمكن لمكثف بولاريتون أن يحل مشكلة التحسين التي ذكرناها عند وصف أجهزة الكمبيوتر الكمومية بشكل أكثر كفاءة من المعالجات القائمة على الكيوبت. أظهر مؤلفو الدراسات البريطانية الروسية أنه مع تكثف البولاريتونات ، يتم ترتيب أطوارها الكمومية في تكوين يتوافق مع الحد الأدنى المطلق للدالة المعقدة.

كتب مؤلف مشارك في Nature Materials ، البروفيسور ف. بافلوس لاجوداكيس ، رئيس مختبر الضوئيات الهجينة في جامعة ساوثهامبتون. "نعمل حاليًا على توسيع نطاق أجهزتنا إلى مئات العقد أثناء اختبار قوة المعالجة الأساسية."

في هذه التجارب من عالم الأطوار الكمومية الدقيقة للضوء والمادة ، حتى المعالجات الكمومية تبدو وكأنها شيء أخرق ومرتبط ارتباطًا وثيقًا بالواقع. كما ترون ، لا يعمل العلماء فقط على أجهزة الكمبيوتر العملاقة للغد وآلات اليوم بعد الغد ، لكنهم يخططون بالفعل لما سيحدث بعد غد.

في هذه المرحلة ، سيكون الوصول إلى الإكساسكيل تحديًا كبيرًا ، ثم ستفكر في المعالم التالية على مقياس التقليب (9). كما قد تكون خمنت ، فإن مجرد إضافة المعالجات والذاكرة إلى ذلك لا يكفي. إذا صدق العلماء ، فإن تحقيق مثل هذه القوة الحاسوبية القوية سيسمح لنا بحل المشاكل الضخمة المعروفة لنا ، مثل فك تشفير السرطان أو تحليل البيانات الفلكية.

9. مستقبل الحوسبة الفائقة

طابق السؤال مع الجواب

ما هي الخطوة التالية؟

حسنًا ، في حالة أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، تُطرح أسئلة حول ما يجب استخدامها من أجله. وفقًا للقول المأثور القديم ، فإن أجهزة الكمبيوتر تحل المشكلات التي لم تكن لتوجد بدونها. لذلك ربما ينبغي علينا بناء هذه الآلات الخارقة المستقبلية أولاً. ثم تنشأ المشاكل من تلقاء نفسها.

في أي المجالات يمكن أن تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية مفيدة؟

الذكاء الاصطناعي. يعمل الذكاء الاصطناعي (AI) على مبدأ التعلم من خلال التجربة ، والذي يصبح أكثر وأكثر دقة مع تلقي الملاحظات وحتى يصبح برنامج الكمبيوتر "ذكيًا". تعتمد التغذية الراجعة على حسابات احتمالات عدد من الخيارات الممكنة. نحن نعلم بالفعل أن شركة Lockheed Martin ، على سبيل المثال ، تخطط لاستخدام الكمبيوتر الكمومي D-Wave لاختبار برنامج الطيار الآلي الذي يعد حاليًا معقدًا للغاية بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية ، وتستخدم Google جهاز كمبيوتر كمومي لتطوير برنامج يمكنه تمييز السيارات عن المعالم.

النمذجة الجزيئية. بفضل أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، سيكون من الممكن نمذجة التفاعلات الجزيئية بدقة ، والبحث عن التكوينات المثلى للتفاعلات الكيميائية. كيمياء الكم معقدة للغاية لدرجة أن أجهزة الكمبيوتر الرقمية الحديثة يمكنها فقط تحليل أبسط الجزيئات. التفاعلات الكيميائية هي ذات طبيعة كمومية لأنها تخلق حالات كمومية شديدة التشابك تتداخل مع بعضها البعض ، لذلك يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية المطورة بالكامل أن تقيم بسهولة حتى أكثر العمليات تعقيدًا. جوجل لديها بالفعل تطورات في هذا المجال - لقد قاموا بنمذجة جزيء الهيدروجين. وستكون النتيجة منتجات أكثر كفاءة ، من الألواح الشمسية إلى الأدوية.

التشفير. تعتمد أنظمة الأمن اليوم على الجيل الأولي الفعال. يمكن تحقيق ذلك باستخدام أجهزة الكمبيوتر الرقمية من خلال النظر في كل عامل محتمل ، ولكن الوقت الهائل المطلوب للقيام بذلك يجعل "كسر الكود" مكلفًا وغير عملي. وفي الوقت نفسه ، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية القيام بذلك بشكل مضاعف ، وبكفاءة أعلى من الآلات الرقمية ، مما يعني أن أساليب الأمان الحالية ستصبح عتيقة قريبًا. هناك أيضًا طرق تشفير كمومية واعدة يتم تطويرها للاستفادة من الطبيعة أحادية الاتجاه للتشابك الكمومي. تم بالفعل عرض شبكات على مستوى المدينة في العديد من البلدان ، وأعلن العلماء الصينيون مؤخرًا أنهم يرسلون بنجاح فوتونات متشابكة من قمر صناعي "كمومي" يدور حول ثلاث محطات قاعدة منفصلة إلى الأرض.

النماذج المالية. تعد الأسواق الحديثة من أكثر الأنظمة الموجودة تعقيدًا. على الرغم من تطوير الأجهزة العلمية والرياضية لوصفها والتحكم فيها ، إلا أن فعالية هذه الأنشطة لا تزال غير كافية إلى حد كبير بسبب الاختلاف الأساسي بين التخصصات العلمية: لا توجد بيئة خاضعة للرقابة يمكن فيها إجراء التجارب. لحل هذه المشكلة ، لجأ المستثمرون والمحللون إلى الحوسبة الكمومية. إحدى الفوائد المباشرة هي أن العشوائية المتأصلة في أجهزة الكمبيوتر الكمومية تتفق مع الطبيعة العشوائية للأسواق المالية. غالبًا ما يرغب المستثمرون في تقييم توزيع النتائج في عدد كبير جدًا من السيناريوهات التي يتم إنشاؤها عشوائيًا.

النشرة الجوية. يدعي كبير الاقتصاديين في NOAA Rodney F. Weiher أن ما يقرب من 30٪ من الناتج المحلي الإجمالي للولايات المتحدة (6 تريليون دولار) يعتمد بشكل مباشر أو غير مباشر على الطقس. لانتاج ونقل وتجارة المواد الغذائية. وبالتالي ، فإن القدرة على التنبؤ بشكل أفضل بالهالة ستكون مفيدة للغاية في العديد من المجالات ، ناهيك عن الوقت الأطول المخصص للحماية من الكوارث الطبيعية. وقد بدأ مكتب الأرصاد الجوية ، الذراع الوطني للأرصاد الجوية في المملكة المتحدة ، بالفعل في الاستثمار في مثل هذه الابتكارات لتلبية احتياجات الطاقة وقابلية التوسع التي سيتعين عليه التعامل معها اعتبارًا من عام 2020 فصاعدًا ، ونشر تقريرًا عن احتياجات حوسبة الإكساسكيل الخاصة به.

فيزياء الجسيمات. غالبًا ما تكون نماذج فيزياء الجسيمات الصلبة معقدة للغاية وحلول معقدة تتطلب الكثير من الوقت الحسابي للمحاكاة العددية. هذا يجعلها مثالية للحوسبة الكمومية ، وقد استفاد العلماء بالفعل من ذلك. استخدم الباحثون في جامعة إنسبروك ومعهد البصريات الكمومية والمعلومات الكمية (IQOQI) مؤخرًا نظامًا كميًا قابلًا للبرمجة لإجراء هذه المحاكاة. وفقًا لمنشور في Nature ، استخدمت المجموعة إصدارًا بسيطًا من الكمبيوتر الكمومي الذي تؤدي فيه الأيونات عمليات منطقية ، وهي الخطوات الأساسية لأي حساب كمبيوتر. أظهرت المحاكاة اتفاقًا تامًا مع التجارب الحقيقية للفيزياء الموصوفة. يقول الفيزيائي النظري بيتر زولر. -