Gorwel y cyntaf - a thu hwnt ...

Ar y naill law, dylent ein helpu i drechu canser, rhagweld y tywydd yn gywir, a meistroli ymasiad niwclear. Ar y llaw arall, mae yna ofnau y byddan nhw'n achosi dinistr byd-eang neu'n caethiwo dynoliaeth. Ar hyn o bryd, fodd bynnag, mae'r bwystfilod cyfrifiannol yn dal i fethu gwneud daioni mawr a drwg cyffredinol ar yr un pryd.

Yn y 60au, roedd gan y cyfrifiaduron mwyaf effeithlon y pŵer megaflops (miliynau o weithrediadau pwynt arnawf yr eiliad). Cyfrifiadur cyntaf gyda phŵer prosesu uchod GFLOPS 1 ( gigaflops ) oedd Crai 2, a gynhyrchwyd gan Cray Research ym 1985. Y model cyntaf gyda phŵer prosesu uchod 1 TFLOPS (teraflops) oedd ASCI Coch, a grëwyd gan Intel yn 1997. Pŵer 1 PFLOPS (petaflops) wedi'i gyrraedd Rhedwr Ffordd, a ryddhawyd gan IBM yn 2008.

Mae'r cofnod pŵer cyfrifiadurol cyfredol yn perthyn i Sunway TaihuLight Tsieineaidd ac mae'n 9 PFLOPS.

Er, fel y gwelwch, nid yw'r peiriannau mwyaf pwerus eto wedi cyrraedd cannoedd o petaflops, mwy a mwy systemau exascaleyn yr hwn y mae yn rhaid cymmeryd y pŵer i ystyriaeth exaflopsach (EFLOPS), h.y. tua 1018 llawdriniaeth yr eiliad. Fodd bynnag, dim ond ar gam prosiectau o wahanol raddau o soffistigedigrwydd y mae strwythurau o'r fath yn dal i fod.

GOSTYNGIADAU (, gweithrediadau pwynt arnawf yr eiliad) yn uned o bŵer cyfrifiadurol a ddefnyddir yn bennaf mewn cymwysiadau gwyddonol. Mae'n fwy amlbwrpas na'r bloc MIPS a ddefnyddiwyd yn flaenorol, sy'n golygu nifer y cyfarwyddiadau prosesydd yr eiliad. Nid yw fflop yn OS, ond gellir ei ddehongli fel uned o 1/s.

Mae angen exascale ar gyfer canser

Mae exaflops, neu fil o petaflops, yn fwy na'r XNUMX uwchgyfrifiadur gorau gyda'i gilydd. Mae gwyddonwyr yn gobeithio y bydd cenhedlaeth newydd o beiriannau â phŵer o'r fath yn dod â datblygiadau arloesol mewn amrywiol feysydd.

Dylai pŵer cyfrifiadurol gormodol ynghyd â thechnolegau dysgu peiriannau sy'n datblygu'n gyflym helpu, er enghraifft, yn olaf cracio'r cod canser. Mae faint o ddata y mae'n rhaid i feddygon ei gael er mwyn gwneud diagnosis a thrin canser mor enfawr fel ei bod yn anodd i gyfrifiaduron cyffredin ymdopi â'r dasg. Mewn astudiaeth biopsi tiwmor sengl nodweddiadol, cymerir mwy nag 8 miliwn o fesuriadau, pan fydd meddygon yn dadansoddi ymddygiad y tiwmor, ei ymateb i driniaeth ffarmacolegol, a'r effaith ar gorff y claf. Mae hwn yn gefnfor gwirioneddol o ddata.

meddai Rick Stevens o Labordy Argonne Adran Ynni yr Unol Daleithiau (DOE). -

Gan gyfuno ymchwil feddygol â phŵer cyfrifiadura, mae gwyddonwyr yn gweithio i CANDLE system rhwydwaith niwral (). Mae hyn yn eich galluogi i ragfynegi a datblygu cynllun triniaeth wedi'i deilwra i anghenion unigol pob claf. Bydd hyn yn helpu gwyddonwyr i ddeall sail moleciwlaidd rhyngweithiadau protein allweddol, datblygu modelau ymateb rhagfynegol i gyffuriau, ac awgrymu strategaethau triniaeth optimaidd. Mae Argonne yn credu y bydd systemau exascale yn gallu rhedeg y cymhwysiad CANDLE 50 i 100 gwaith yn gyflymach na'r uwch-beiriannau mwyaf pwerus sy'n hysbys heddiw.

Felly, rydym yn edrych ymlaen at ymddangosiad uwchgyfrifiaduron exascale. Fodd bynnag, ni fydd y fersiynau cyntaf o reidrwydd yn ymddangos yn yr Unol Daleithiau. Wrth gwrs, mae'r Unol Daleithiau yn y ras i'w creu, a'r llywodraeth leol mewn prosiect o'r enw Aurora yn cydweithredu ag AMD, IBM, Intel a Nvidia, gan ymdrechu i achub y blaen ar gystadleuwyr tramor. Fodd bynnag, ni ddisgwylir i hyn ddigwydd cyn 2021. Yn y cyfamser, ym mis Ionawr 2017, cyhoeddodd arbenigwyr Tsieineaidd greu prototeip exascale. Model sy'n gweithredu'n llawn o'r math hwn o uned gyfrifiadol yw − Tianhe-3 - fodd bynnag, mae'n annhebygol y bydd yn barod yn y blynyddoedd nesaf.

Mae'r Tsieineaid yn dal yn dynn

Y ffaith yw, ers 2013, mae datblygiadau Tsieineaidd ar frig y rhestr o'r cyfrifiaduron mwyaf pwerus yn y byd. Bu yn tra-arglwyddiaethu am flynyddoedd Tianhe-2ac yn awr y mae y palmwydd yn perthyn i'r crybwylledig Sunway TaihuLight. Credir bod y ddau beiriant mwyaf pwerus hyn yn y Deyrnas Ganol yn llawer mwy pwerus na phob un o'r un ar hugain o uwchgyfrifiaduron yn Adran Ynni'r UD.

Mae gwyddonwyr Americanaidd, wrth gwrs, am adennill y safle blaenllaw a oedd ganddynt bum mlynedd yn ôl, ac maent yn gweithio ar system a fydd yn caniatáu iddynt wneud hyn. Mae'n cael ei adeiladu yn Labordy Cenedlaethol Oak Ridge yn Tennessee. Uwchgynhadledd (2), uwchgyfrifiadur y bwriedir ei gomisiynu yn ddiweddarach eleni. Mae'n rhagori ar bŵer Sunway TaihuLight. Fe'i defnyddir i brofi a datblygu deunyddiau newydd sy'n gryfach ac yn ysgafnach, i efelychu tu mewn i'r Ddaear gan ddefnyddio tonnau acwstig, ac i gefnogi prosiectau astroffiseg sy'n ymchwilio i darddiad y bydysawd.

2. Cynllun gofodol o uwchgyfrifiadur yr Uwchgynhadledd

Yn Labordy Cenedlaethol Argonne y soniwyd amdano, mae gwyddonwyr yn bwriadu adeiladu dyfais gyflymach fyth. A elwir yn A21Disgwylir i berfformiad gyrraedd 200 petaflops.

Mae Japan hefyd yn cymryd rhan yn y ras uwchgyfrifiaduron. Er iddo gael ei gysgodi rhywfaint yn ddiweddar gan y gystadleuaeth rhwng yr Unol Daleithiau a Tsieina, y wlad hon sy'n bwriadu lansio system ABKI (), yn cynnig 130 petaflops o bŵer. Gobaith Japan yw y gellir defnyddio uwchgyfrifiadur o'r fath i ddatblygu AI (deallusrwydd artiffisial) neu ddysgu dwfn.

Yn y cyfamser, mae Senedd Ewrop newydd benderfynu adeiladu uwchgyfrifiadur biliwn ewro o'r UE. Bydd yr anghenfil cyfrifiadurol hwn yn dechrau ar ei waith ar gyfer canolfannau ymchwil ein cyfandir ar droad 2022 a 2023. Bydd y peiriant yn cael ei adeiladu o fewn Prosiect EuroGPCa bydd ei adeiladu yn cael ei ariannu gan yr Aelod-wladwriaethau - felly bydd Gwlad Pwyl hefyd yn cymryd rhan yn y prosiect hwn. Cyfeirir at ei bŵer a ragwelir yn gyffredin fel "pre-exascale".

Hyd yn hyn, yn ôl safle 2017, o'r pum cant o uwchgyfrifiaduron cyflymaf yn y byd, mae gan Tsieina 202 o beiriannau o'r fath (40%), tra bod America yn rheoli 144 (29%).

Mae Tsieina hefyd yn defnyddio 35% o bŵer cyfrifiadurol y byd o'i gymharu â 30% yn yr Unol Daleithiau. Y gwledydd nesaf gyda'r nifer fwyaf o uwchgyfrifiaduron ar y rhestr yw Japan (35 system), yr Almaen (20), Ffrainc (18) a'r DU (15). Mae'n werth nodi, waeth beth fo'r wlad wreiddiol, mae pob un o'r pum cant o'r uwchgyfrifiaduron mwyaf pwerus yn defnyddio gwahanol fersiynau o Linux ...

Maent yn dylunio eu hunain

Mae uwchgyfrifiaduron eisoes yn arf gwerthfawr i gefnogi diwydiannau gwyddoniaeth a thechnoleg. Maent yn galluogi ymchwilwyr a pheirianwyr i wneud cynnydd cyson (ac weithiau hyd yn oed llamu ymlaen enfawr) mewn meysydd fel bioleg, rhagolygon tywydd a hinsawdd, astroffiseg, ac arfau niwclear.

Mae'r gweddill yn dibynnu ar eu pŵer. Dros y degawdau nesaf, gall y defnydd o uwchgyfrifiaduron newid yn sylweddol sefyllfa economaidd, milwrol a geopolitical y gwledydd hynny sydd â mynediad at y math hwn o seilwaith blaengar.

Mae cynnydd yn y maes hwn mor gyflym nes bod dylunio cenedlaethau newydd o ficrobroseswyr eisoes wedi dod yn rhy anodd hyd yn oed ar gyfer nifer o adnoddau dynol. Am y rheswm hwn, mae meddalwedd cyfrifiadurol uwch ac uwchgyfrifiaduron yn chwarae rhan flaenllaw yn natblygiad cyfrifiaduron yn gynyddol, gan gynnwys y rhai sydd â'r rhagddodiad "super".

3. uwchgyfrifiadur Japaneaidd

Cyn bo hir bydd cwmnïau fferyllol yn gallu gweithredu'n llawn diolch i uwchbwerau cyfrifiadura prosesu nifer enfawr o genomau dynol, anifeiliaid a phlanhigion a fydd yn helpu i greu meddyginiaethau a thriniaethau newydd ar gyfer clefydau amrywiol.

Rheswm arall (un o'r prif rai mewn gwirionedd) pam mae llywodraethau'n buddsoddi cymaint yn natblygiad uwchgyfrifiaduron. Bydd cerbydau mwy effeithlon yn helpu arweinwyr milwrol y dyfodol i ddatblygu strategaethau ymladd clir mewn unrhyw sefyllfa ymladd, caniatáu datblygu systemau arfau mwy effeithiol, a chefnogi asiantaethau gorfodi'r gyfraith a chudd-wybodaeth i nodi bygythiadau posibl ymlaen llaw.

Dim digon o bŵer ar gyfer efelychu ymennydd

Dylai uwchgyfrifiaduron newydd helpu i ddehongli'r uwchgyfrifiadur naturiol sy'n hysbys i ni am amser hir - yr ymennydd dynol.

Mae tîm rhyngwladol o wyddonwyr wedi datblygu algorithm yn ddiweddar sy'n cynrychioli cam newydd pwysig wrth fodelu cysylltiadau niwral yr ymennydd. Newydd DIM algorithm, a ddisgrifir mewn papur mynediad agored a gyhoeddwyd yn Frontiers in Neuroinformatics , disgwylir iddo efelychu 100 biliwn o niwronau rhyng-gysylltiedig yn yr ymennydd dynol ar uwchgyfrifiaduron. Roedd gwyddonwyr o ganolfan ymchwil yr Almaen Jülich, Prifysgol Gwyddorau Bywyd Norwy, Prifysgol Aachen, Sefydliad RIKEN Japan a Sefydliad Technoleg Brenhinol KTH yn Stockholm yn rhan o'r gwaith.

Ers 2014, mae efelychiadau rhwydwaith niwral ar raddfa fawr wedi bod yn rhedeg ar uwchgyfrifiaduron RIKEN a JUQUEEN yng Nghanolfan Uwchgyfrifiadura Jülich yn yr Almaen, gan efelychu cysylltiadau tua 1% o niwronau yn yr ymennydd dynol. Pam dim ond cymaint? A all uwchgyfrifiaduron efelychu'r ymennydd cyfan?

Esboniodd Susanne Kunkel o'r cwmni o Sweden KTH.

Yn ystod yr efelychiad, rhaid anfon potensial gweithredu niwron (ysgogiadau trydanol byr) at oddeutu pob un o'r 100 o bobl. cyfrifiaduron bach, a elwir yn nodau, pob un â nifer o broseswyr sy'n cyflawni'r cyfrifiadau gwirioneddol. Mae pob nod yn gwirio pa rai o'r ysgogiadau hyn sy'n gysylltiedig â'r niwronau rhithwir sy'n bodoli yn y nod hwn.

4. Modelu cysylltiadau ymennydd niwronau, h.y. dim ond ar ddechrau'r daith ydyn ni (1%)

Yn amlwg, mae faint o gof cyfrifiadurol sydd ei angen ar broseswyr ar gyfer y darnau ychwanegol hyn fesul niwron yn cynyddu gyda maint y rhwydwaith niwral. Byddai angen mynd y tu hwnt i efelychiad 1% o'r ymennydd dynol cyfan (4). XNUMX gwaith yn fwy o gof na'r hyn sydd ar gael ym mhob uwchgyfrifiadur heddiw. Felly, dim ond yng nghyd-destun uwchgyfrifiaduron exascale y dyfodol y byddai'n bosibl siarad am gael efelychiad o'r ymennydd cyfan. Dyma lle dylai algorithm NEST y genhedlaeth nesaf weithio.

TOP-5 uwchgyfrifiaduron y byd

1. Sanway TaihuLight - Lansiwyd uwchgyfrifiadur 93 PFLOPS yn 2016 yn Wuxi, Tsieina. Ers mis Mehefin 2016, mae wedi bod ar frig rhestr TOP500 o uwchgyfrifiaduron sydd â'r pŵer cyfrifiadurol uchaf yn y byd.

2. Tianhe-2 (Llwybr Llaethog-2) yn uwchgyfrifiadur gyda phŵer cyfrifiadurol o 33,86 PFLOPS a adeiladwyd gan NUDT () yn Tsieina. O fis Mehefin 2013

tan fis Mehefin 2016, hwn oedd yr uwchgyfrifiadur cyflymaf yn y byd.

3. Pease Dynt - cynllun a ddatblygwyd gan Cray, a osodwyd yng Nghanolfan Uwchgyfrifiadura Genedlaethol y Swistir (). Fe'i huwchraddio'n ddiweddar - disodlwyd cyflymyddion Nvidia Tesla K20X â rhai newydd, Tesla P100, a oedd yn ei gwneud hi'n bosibl cynyddu pŵer cyfrifiadurol o 2017 i 9,8 PFLOPS yn ystod haf 19,6.

4. Gyokou yn uwchgyfrifiadur a ddatblygwyd gan ExaScaler a PEZY Computing. Wedi'i leoli yn Asiantaeth Japan ar gyfer Gwyddoniaeth a Thechnoleg Forol (JAMSTEC) o Sefydliad Geowyddorau Yokohama; ar yr un llawr ag efelychydd y Ddaear. Pwer: 19,14 PFLOPs.

5. Titaniwm yn uwchgyfrifiadur 17,59 PFLOPS a weithgynhyrchir gan Cray Inc. a lansiwyd ym mis Hydref 2012 yn Labordy Cenedlaethol Oak Ridge yn yr Unol Daleithiau. Rhwng Tachwedd 2012 a Mehefin 2013, Titan oedd yr uwchgyfrifiadur cyflymaf yn y byd. Ar hyn o bryd mae yn y pumed safle, ond dyma'r uwchgyfrifiadur cyflymaf yn yr Unol Daleithiau o hyd.

Maent hefyd yn cystadlu am oruchafiaeth mewn cwantwm

Mae IBM yn credu nad yn y pum mlynedd nesaf, uwchgyfrifiaduron yn seiliedig ar sglodion silicon traddodiadol, ond bydd yn dechrau darlledu. Mae'r diwydiant newydd ddechrau deall sut y gellir defnyddio cyfrifiaduron cwantwm, yn ôl ymchwilwyr y cwmni. Disgwylir i beirianwyr ddarganfod y cymwysiadau mawr cyntaf ar gyfer y peiriannau hyn mewn dim ond pum mlynedd.

Mae cyfrifiaduron cwantwm yn defnyddio uned gyfrifiadurol o'r enw cubitem. Mae lled-ddargludyddion cyffredin yn cynrychioli gwybodaeth ar ffurf dilyniannau o 1 a 0, tra bod cwbits yn arddangos priodweddau cwantwm a gallant wneud cyfrifiadau fel 1 a 0 ar yr un pryd. Mae hyn yn golygu y gall dau gwbits gynrychioli dilyniannau o 1-0, 1-1, 0-1 ar yr un pryd . ., 0-0. Mae pŵer cyfrifiadurol yn tyfu'n esbonyddol gyda phob cwbit, felly yn ddamcaniaethol gallai cyfrifiadur cwantwm gyda dim ond 50 qubit fod â mwy o bŵer prosesu nag uwchgyfrifiaduron mwyaf pwerus y byd.

Mae D-Wave Systems eisoes yn gwerthu cyfrifiadur cwantwm, a dywedir bod 2 ohono. cwbits. Fodd bynnag Copïau D-Wave(5) yn ddadleuol. Er bod rhai ymchwilwyr wedi gwneud defnydd da ohonynt, nid ydynt wedi perfformio'n well na chyfrifiaduron clasurol o hyd a dim ond ar gyfer rhai dosbarthiadau o broblemau optimeiddio y maent yn ddefnyddiol.

5. Cyfrifiaduron cwantwm D-Wave

Ychydig fisoedd yn ôl, dangosodd Google Quantum AI Lab brosesydd cwantwm 72-qubit newydd o'r enw conau gwrychog (6). Efallai y bydd yn cyflawni "goruchafiaeth cwantwm" yn fuan trwy ragori ar uwchgyfrifiadur clasurol, o leiaf o ran datrys rhai problemau. Pan fydd prosesydd cwantwm yn dangos cyfradd gwallau digon isel ar waith, gall fod yn fwy effeithlon nag uwchgyfrifiadur clasurol gyda thasg TG wedi'i diffinio'n dda.

6. prosesydd cwantwm Bristlecone 72-qubit

Nesaf yn unol oedd prosesydd Google, oherwydd ym mis Ionawr, er enghraifft, cyhoeddodd Intel ei system cwantwm 49-qubit ei hun, ac yn gynharach cyflwynodd IBM fersiwn 50-qubit. sglodion intel, Loihi, mae'n arloesol mewn ffyrdd eraill hefyd. Dyma'r gylched integredig "niwromorffig" gyntaf a ddyluniwyd i ddynwared sut mae'r ymennydd dynol yn dysgu ac yn deall. Mae'n "gwbl weithredol" a bydd ar gael i bartneriaid ymchwil yn ddiweddarach eleni.

Fodd bynnag, dim ond y dechrau yw hwn, oherwydd er mwyn gallu delio â bwystfilod silicon, mae angen z arnoch chi miliynau o qubits. Mae grŵp o wyddonwyr ym Mhrifysgol Dechnegol yr Iseldiroedd yn Delft yn gobeithio mai'r ffordd i gyflawni graddfa o'r fath yw defnyddio silicon mewn cyfrifiaduron cwantwm, oherwydd bod eu haelodau wedi dod o hyd i ateb sut i ddefnyddio silicon i greu prosesydd cwantwm rhaglenadwy.

Yn eu hastudiaeth, a gyhoeddwyd yn y cyfnodolyn Nature, roedd tîm yr Iseldiroedd yn rheoli cylchdroi un electron gan ddefnyddio ynni microdon. Mewn silicon, byddai'r electron yn troelli i fyny ac i lawr ar yr un pryd, gan ei ddal yn ei le i bob pwrpas. Unwaith y cyflawnwyd hynny, cysylltodd y tîm ddau electron gyda'i gilydd a'u rhaglennu i redeg algorithmau cwantwm.

Roedd yn bosibl creu ar sail silicon prosesydd cwantwm dau-did.

Esboniodd Dr Tom Watson, un o awduron yr astudiaeth, i'r BBC. Os bydd Watson a'i dîm yn llwyddo i asio hyd yn oed mwy o electronau, gallai arwain at wrthryfel. proseswyr qubitbydd hyn yn dod â ni gam yn nes at gyfrifiaduron cwantwm y dyfodol.

- Bydd pwy bynnag sy'n adeiladu cyfrifiadur cwantwm cwbl weithredol yn rheoli'r byd Dywedodd Manas Mukherjee o Brifysgol Genedlaethol Singapore a phrif ymchwilydd yn y Ganolfan Genedlaethol ar gyfer Technoleg Cwantwm mewn cyfweliad yn ddiweddar. Ar hyn o bryd mae'r ras rhwng y cwmnïau technoleg mwyaf a labordai ymchwil yn canolbwyntio ar yr hyn a elwir goruchafiaeth cwantwm, y pwynt y gall cyfrifiadur cwantwm wneud cyfrifiadau y tu hwnt i unrhyw beth y gall y cyfrifiaduron modern mwyaf datblygedig ei gynnig.

Mae'r enghreifftiau uchod o gyflawniadau Google, IBM ac Intel yn dangos bod cwmnïau o'r Unol Daleithiau (ac felly'r wladwriaeth) yn dominyddu yn y maes hwn. Fodd bynnag, yn ddiweddar, rhyddhaodd Alibaba Cloud Tsieina lwyfan cyfrifiadura cwmwl 11-qubit yn seiliedig ar brosesydd sy'n caniatáu i wyddonwyr brofi algorithmau cwantwm newydd. Mae hyn yn golygu nad yw Tsieina ym maes blociau cyfrifiadura cwantwm hefyd yn gorchuddio'r gellyg â lludw.

Fodd bynnag, mae ymdrechion i greu uwchgyfrifiaduron cwantwm nid yn unig yn frwdfrydig am bosibiliadau newydd, ond hefyd yn achosi dadlau.

Ychydig fisoedd yn ôl, yn ystod y Gynhadledd Ryngwladol ar Dechnolegau Cwantwm ym Moscow, dywedodd Alexander Lvovsky (7) o Ganolfan Cwantwm Rwseg, sydd hefyd yn athro ffiseg ym Mhrifysgol Calgary yng Nghanada, fod cyfrifiaduron cwantwm offeryn dinistrioheb greu.

7. Yr Athro Alexander Lvovsky

Beth oedd e'n ei olygu? Yn gyntaf oll, diogelwch digidol. Ar hyn o bryd, mae'r holl wybodaeth ddigidol sensitif a drosglwyddir dros y Rhyngrwyd wedi'i hamgryptio i ddiogelu preifatrwydd y rhai sydd â diddordeb. Rydym eisoes wedi gweld achosion lle gallai hacwyr ryng-gipio'r data hwn trwy dorri'r amgryptio.

Yn ôl Lvov, ni fydd ymddangosiad cyfrifiadur cwantwm ond yn ei gwneud hi'n haws i seiberdroseddwyr. Ni all unrhyw offeryn amgryptio sy'n hysbys heddiw amddiffyn ei hun rhag pŵer prosesu cyfrifiadur cwantwm go iawn.

Byddai cofnodion meddygol, gwybodaeth ariannol, a hyd yn oed cyfrinachau llywodraethau a sefydliadau milwrol ar gael mewn padell, a fyddai’n golygu, fel y noda Lvovsky, y gallai technoleg newydd fygwth trefn y byd cyfan. Mae arbenigwyr eraill yn credu bod ofnau'r Rwsiaid yn ddi-sail, gan y bydd creu uwchgyfrifiadur cwantwm go iawn hefyd yn caniatáu cychwyn cryptograffeg cwantwm, yn cael ei ystyried yn annistrywiol.

Dull arall

Yn ogystal â thechnolegau cyfrifiadurol traddodiadol a datblygiad systemau cwantwm, mae canolfannau amrywiol yn gweithio ar ddulliau eraill ar gyfer adeiladu uwchgyfrifiaduron y dyfodol.

Mae'r asiantaeth Americanaidd DARPA yn ariannu chwe chanolfan ar gyfer datrysiadau dylunio cyfrifiadurol amgen. Gelwir y bensaernïaeth a ddefnyddir mewn peiriannau modern yn gonfensiynol pensaernïaeth von NeumannO, mae o eisoes yn ddeg a thrigain oed. Nod cefnogaeth y sefydliad amddiffyn i ymchwilwyr prifysgol yw datblygu dull callach o drin symiau mawr o ddata nag erioed o'r blaen.

Byffro a Chyfrifiadura Cyfochrog Dyma rai enghreifftiau o'r dulliau newydd y mae'r timau hyn yn gweithio arnynt. Arall ADA (), sy'n ei gwneud hi'n haws datblygu cymwysiadau trwy drosi'r CPU a'r cydrannau cof gyda modiwlau yn un cynulliad, yn hytrach na delio â materion eu cysylltiad ar y motherboard.

Y llynedd, mae tîm o ymchwilwyr o'r DU a Rwsia yn llwyddiannus yn dangos bod y math "Llwch Hud"o ba rai y maent wedi eu cyfansoddi goleuni a mater - yn y pen draw yn well mewn "perfformiad" i hyd yn oed yr uwchgyfrifiaduron mwyaf pwerus.

Mae gwyddonwyr o brifysgolion Prydain Caergrawnt, Southampton a Chaerdydd a Sefydliad Skolkovo Rwseg wedi defnyddio gronynnau cwantwm a elwir yn pegynauy gellir ei ddiffinio fel rhywbeth rhwng goleuni a mater. Mae hwn yn ymagwedd hollol newydd at gyfrifiadura cyfrifiadurol. Yn ôl gwyddonwyr, gall fod yn sail i fath newydd o gyfrifiadur sy'n gallu datrys cwestiynau na ellir eu datrys ar hyn o bryd - mewn amrywiol feysydd, megis bioleg, cyllid a theithio i'r gofod. Cyhoeddir canlyniadau'r astudiaeth yn y cyfnodolyn Nature Materials.

Cofiwch mai dim ond cyfran fach o'r problemau y gall uwchgyfrifiaduron heddiw eu trin. Bydd hyd yn oed cyfrifiadur cwantwm damcaniaethol, os caiff ei adeiladu'n derfynol, ar y gorau yn darparu cyflymiad cwadratig ar gyfer datrys y problemau mwyaf cymhleth. Yn y cyfamser, mae'r polaritonau sy'n creu "llwch tylwyth teg" yn cael eu creu trwy actifadu haenau o atomau gallium, arsenig, indium ac alwminiwm gyda thrawstiau laser.

Mae'r electronau yn yr haenau hyn yn amsugno ac yn allyrru golau o liw penodol. Mae polaritonau ddeg mil o weithiau'n ysgafnach nag electronau a gallant gyrraedd digon o ddwysedd i achosi cyflwr mater newydd a elwir yn cyddwysiad Bose-Einstein (wyth). Mae cyfnodau cwantwm polaritonau ynddo yn cael eu cydamseru ac yn ffurfio un gwrthrych cwantwm macrosgopig, y gellir ei ganfod trwy fesuriadau ffotoluminescence.

8. Plot yn dangos cyddwysiad Bose-Einstein

Mae'n ymddangos y gall cyddwysiad polariton yn y cyflwr penodol hwn ddatrys y broblem optimeiddio y soniasom amdani wrth ddisgrifio cyfrifiaduron cwantwm yn llawer mwy effeithlon na phroseswyr sy'n seiliedig ar qubit. Mae awduron astudiaethau Prydeinig-Rwseg wedi dangos, wrth i bolartonau gyddwyso, bod eu cyfnodau cwantwm wedi'u trefnu mewn cyfluniad sy'n cyfateb i isafswm absoliwt swyddogaeth gymhleth.

“Rydym ar ddechrau archwilio potensial plotiau polariton ar gyfer datrys problemau cymhleth,” ysgrifennodd cyd-awdur Nature Materials, yr Athro. Pavlos Lagoudakis, Pennaeth y Labordy Ffotoneg Hybrid ym Mhrifysgol Southampton. “Ar hyn o bryd rydym yn graddio ein dyfais i gannoedd o nodau wrth brofi’r pŵer prosesu sylfaenol.”

Yn yr arbrofion hyn o fyd cyfnodau cwantwm cynnil o olau a mater, mae hyd yn oed proseswyr cwantwm yn ymddangos yn rhywbeth trwsgl ac yn gysylltiedig yn gadarn â realiti. Fel y gallwch weld, nid yn unig y mae gwyddonwyr yn gweithio ar uwchgyfrifiaduron yfory a pheiriannau'r diwrnod ar ôl yfory, ond maent eisoes yn cynllunio beth fydd yn digwydd y diwrnod ar ôl yfory.

Ar y pwynt hwn bydd cyrraedd exascale yn dipyn o her, yna byddwch yn meddwl am y cerrig milltir nesaf ar y raddfa fflop (9). Fel y gallech fod wedi dyfalu, nid yw ychwanegu proseswyr a chof at hynny yn ddigon. Os yw gwyddonwyr i'w credu, bydd cyflawni pŵer cyfrifiadurol mor bwerus yn caniatáu inni ddatrys megaproblemau sy'n hysbys i ni, megis dehongli canser neu ddadansoddi data seryddol.

9. Dyfodol uwchgyfrifiadura

Parwch y cwestiwn gyda'r ateb

Beth sydd nesaf?

Wel, yn achos cyfrifiaduron cwantwm, mae cwestiynau'n codi ynghylch at ba ddiben y dylid eu defnyddio. Yn ôl yr hen ddywediad, mae cyfrifiaduron yn datrys problemau na fyddai'n bodoli hebddynt. Felly mae'n debyg y dylem adeiladu'r peiriannau super dyfodolaidd hyn yn gyntaf. Yna bydd problemau'n codi ar eu pen eu hunain.

Ym mha feysydd y gall cyfrifiaduron cwantwm fod yn ddefnyddiol?

Deallusrwydd artiffisial. Mae AI () yn gweithio ar yr egwyddor o ddysgu trwy brofiad, sy'n dod yn fwy a mwy cywir wrth i adborth gael ei dderbyn a nes bod y rhaglen gyfrifiadurol yn dod yn "smart". Mae adborth yn seiliedig ar gyfrifiadau o debygolrwydd nifer o opsiynau posibl. Gwyddom eisoes fod Lockheed Martin, er enghraifft, yn bwriadu defnyddio ei gyfrifiadur cwantwm D-Wave i brofi meddalwedd awtobeilot sy'n rhy gymhleth ar hyn o bryd ar gyfer cyfrifiaduron clasurol, ac mae Google yn defnyddio cyfrifiadur cwantwm i ddatblygu meddalwedd a all wahaniaethu rhwng ceir a thirnodau.

Modelu moleciwlaidd. Diolch i gyfrifiaduron cwantwm, bydd yn bosibl modelu rhyngweithiadau moleciwlaidd yn gywir, gan chwilio am y ffurfweddiadau gorau posibl ar gyfer adweithiau cemegol. Mae cemeg cwantwm mor gymhleth fel mai dim ond y moleciwlau symlaf y gall cyfrifiaduron digidol modern eu dadansoddi. Mae adweithiau cemegol yn gwantwm eu natur oherwydd eu bod yn creu cyflyrau cwantwm hynod gaeth sy'n gorgyffwrdd â'i gilydd, felly gall cyfrifiaduron cwantwm datblygedig werthuso hyd yn oed y prosesau mwyaf cymhleth yn hawdd. Mae gan Google ddatblygiadau yn y maes hwn eisoes - maen nhw wedi modelu'r moleciwl hydrogen. Y canlyniad fydd cynhyrchion mwy effeithlon, o baneli solar i feddyginiaethau.

Cryptograffi. Mae systemau diogelwch heddiw yn dibynnu ar gynhyrchu cynradd effeithlon. Gellir cyflawni hyn gyda chyfrifiaduron digidol trwy chwilio am bob ffactor posibl, ond mae'r holl amser sydd ei angen i wneud hynny yn golygu bod "torri codau" yn gostus ac yn anymarferol. Yn y cyfamser, gall cyfrifiaduron cwantwm wneud hyn yn esbonyddol, yn fwy effeithlon na pheiriannau digidol, sy'n golygu y bydd dulliau diogelwch heddiw yn dod yn hen ffasiwn yn fuan. Mae yna hefyd ddulliau amgryptio cwantwm addawol sy'n cael eu datblygu i fanteisio ar natur uncyfeiriad maglu cwantwm. Mae rhwydweithiau ledled y ddinas eisoes wedi'u dangos mewn sawl gwlad, a chyhoeddodd gwyddonwyr Tsieineaidd yn ddiweddar eu bod yn llwyddo i anfon ffotonau wedi'u maglu o loeren "cwantwm" cylchdroi i dair gorsaf sylfaen ar wahân yn ôl i'r Ddaear.

Modelu ariannol. Mae marchnadoedd modern ymhlith y systemau mwyaf cymhleth sy'n bodoli. Er bod y cyfarpar gwyddonol a mathemategol ar gyfer eu disgrifio a'u rheoli wedi'u datblygu, mae effeithiolrwydd gweithgareddau o'r fath yn parhau i fod yn annigonol i raddau helaeth oherwydd y gwahaniaeth sylfaenol rhwng disgyblaethau gwyddonol: nid oes amgylchedd rheoledig lle gellir cynnal arbrofion. I ddatrys y broblem hon, mae buddsoddwyr a dadansoddwyr wedi troi at gyfrifiadura cwantwm. Un fantais uniongyrchol yw bod yr hap sy'n gynhenid ​​​​mewn cyfrifiaduron cwantwm yn gyson â natur stocastig marchnadoedd ariannol. Mae buddsoddwyr yn aml am werthuso dosbarthiad canlyniadau mewn nifer fawr iawn o senarios a gynhyrchir ar hap.

Rhagolygon y tywydd. Mae Prif Economegydd NOAA Rodney F. Weiher yn honni bod bron i 30% o GDP yr UD ($ 6 triliwn) yn dibynnu'n uniongyrchol neu'n anuniongyrchol ar y tywydd. ar gyfer cynhyrchu bwyd, cludo a manwerthu. Felly, byddai'r gallu i ragweld y naws yn well yn ddefnyddiol iawn mewn llawer o feysydd, heb sôn am yr amser hirach a neilltuwyd ar gyfer amddiffyn rhag trychineb naturiol. Mae cangen feteorolegol genedlaethol y DU, y Swyddfa Dywydd, eisoes wedi dechrau buddsoddi mewn arloesiadau o’r fath i ddiwallu’r anghenion pŵer a scalability y bydd yn rhaid iddi fynd i’r afael â nhw o 2020 ymlaen, ac mae wedi cyhoeddi adroddiad ar ei hanghenion cyfrifiadurol dyrys ei hun.

Ffiseg Gronynnau. Mae modelau ffiseg gronynnau solet yn aml yn atebion hynod gymhleth, cymhleth sy'n gofyn am lawer o amser cyfrifiannol ar gyfer efelychiadau rhifiadol. Mae hyn yn eu gwneud yn ddelfrydol ar gyfer cyfrifiadura cwantwm, ac mae gwyddonwyr eisoes wedi manteisio ar hyn. Yn ddiweddar, defnyddiodd ymchwilwyr ym Mhrifysgol Innsbruck a'r Sefydliad Opteg Cwantwm a Gwybodaeth Cwantwm (IQOQI) system cwantwm rhaglenadwy i berfformio'r efelychiad hwn. Yn ôl cyhoeddiad yn Nature, defnyddiodd y grŵp fersiwn syml o gyfrifiadur cwantwm lle perfformiodd ïonau weithrediadau rhesymegol, y camau sylfaenol mewn unrhyw gyfrifiad cyfrifiadurol. Dangosodd yr efelychiad cytundeb llwyr ag arbrofion go iawn y ffiseg a ddisgrifiwyd. meddai'r ffisegydd damcaniaethol Peter Zoller. -