Per pastaruosius kelis dešimtmečius kompiuterija nuėjo neįtikėtinai ilgą kelią. Esame technologinės revoliucijos apsuptyje, o mašinos kasmet vis tobulėja. Du ypač pažangūs išradimai – superkompiuteris ir kvantinis kompiuteris – turi daugybę pritaikymų ir potencialo. Bet kuo skiriasi superkompiuteris nuo kvantinio kompiuterio ir kuris yra geresnis?
Kas yra Superkompiuteris?
Superkompiuteriai yra didžiulės sistemos kurios gali apimti ištisus kambarius. Šie įrenginiai neatrodo kaip įprasti staliniai ar nešiojamieji kompiuteriai. Atvirkščiai, superkompiuteriai susideda iš didelių procesorių grupių, kurios visi dirba kartu siekdami konkretaus tikslo.
Superkompiuteriai pirmą kartą atsirado septintajame dešimtmetyje, kai buvo sukurta CDC (Control Data Corporation) 6600. Tai laikomas pirmuoju kada nors sukurtu superkompiuteriu ir buvo maždaug dešimt kartų galingesnis už tuo metu standartinius kompiuterius. Tačiau nuo to laiko viskas pažengė labai ilgą kelią.
Šiandieniniai superkompiuteriai, švelniai tariant, yra nepaprastai galingi. Bet, žinoma, visa tai yra reliatyvu. CDC 6600 buvo reiškinys skaičiavimo srityje, tačiau šiandien jis būtų laikomas niekuo neypatingu. Juk prireikė tik pusės dešimtmečio, kad jį aplenktų CDC 7600. Taigi, turėkite tai omenyje, kai svarstote apie superkompiuterių galią šiandien.
Superkompiuteriai, kaip ir jūsų asmeninis kompiuteris, gali apdoroti ir saugoti duomenis, tačiau yra daug daugiau. Šios mašinos gali atlikti neįtikėtinai sudėtingus skaičiavimus ir modeliavimus, kurių niekada negalėtų atlikti žmonės ar kompiuteriai, kuriuos mes visi naudojame kasdieniame gyvenime. Jie taip pat gali greitai atlikti procesus, kuriuos įprastam kompiuteriui atlikti gali prireikti mėnesių ar metų.
Pavyzdžiui, šiuolaikinis superkompiuteris galėtų numatyti branduolinio sprogimo rezultatą, sukurti labai sudėtingus smegenų modelius ir netgi atlikti visatos kilmės modeliavimą. Šių mašinų galimybės šiek tiek pribloškia ir pasirodė esančios naudingos įvairiose pramonės šakose.
Tačiau iš esmės superkompiuteriai turi tas pačias veržles ir varžtus kaip ir įprasti kompiuteriai. Skirtumas tas, kad šie kompiuteriai yra didžiuliai ir susideda iš tūkstančių ar šimtų tūkstančių CPU (centriniai procesoriai), todėl turi daug didesnę apdorojimo galią nei jūsų standartinis kompiuteris. Kasdien naudojamas kompiuteris tikriausiai turi keletą procesoriaus branduolių, o kai kurie jų turi tik vieną. Taigi, įsivaizduokite, ką būtų galima pasiekti, jei jo galia būtų padidinta daug kartų.
Superkompiuteriai yra įspūdingi, bet neįtikėtinai brangūs sukurti ir prižiūrėti. Milijonai dolerių gali būti supilami į vieną superkompiuterį, o norint, kad jie veiktų, reikia daug elektros energijos.
Ir net šios labai pažangios mašinos turi savo apribojimų. Visų pirma, superkompiuterių gebėjimai ribojami jų dydžiu. Šiandieniniai superkompiuteriai jau yra didžiuliai, o eksploatacija kainuoja daug pinigų. Taigi, kuo didesnis superkompiuteris, tuo jis brangesnis.
Be to, superkompiuteriai sukuria didžiulius šilumos kiekius, kuriuos reikia pašalinti, kad būtų išvengta perkaitimo. Apskritai superkompiuterių naudojimas yra labai brangus ir sudėtingas procesas. Be to, yra keletas problemų, kurių superkompiuteriai negali išspręsti vien dėl to, kad jos yra per sudėtingos.
Tačiau palyginti naujas žaidėjas skaičiavimo žaidime gali turėti galimybę pranokti superkompiuterius ir pasiekti tai, ko jie negali: kvantinius kompiuterius.
Kas yra kvantinis kompiuteris?
The kvantinio skaičiavimo samprata pirmą kartą atsirado devintajame dešimtmetyje. Per tą laiką tokie pionieriai kaip Richardas Benioffas, Richardas Feynmanas ir Jurijus Maninas prisidėjo prie kvantinio skaičiavimo teorijos kūrimo. Tačiau šiuo metu kvantinė kompiuterija buvo tik idėja ir niekada nebuvo pritaikyta realiame pasaulyje.
Po aštuoniolikos metų, 1998 m., Isaacas Chuangas, Neilas Gershenfeldas ir Markas Kubinecas sukūrė pirmąjį kvantinį kompiuterį. Šio kompiuterio apdorojimo greitis yra elementarus, palyginti su šiuolaikiniais pažangiausiais kvantiniais kompiuteriais, tačiau šios pirmos rūšies mašinos sukūrimas buvo tiesiog revoliucinis.
Kaip matote aukščiau esančiame paveikslėlyje, kvantiniai kompiuteriai neatrodo kaip įprasti kompiuteriai. Taip yra todėl, kad jie veikia drastiškai skirtingais būdais. Nors kompiuteriai ir superkompiuteriai naudoja dvejetainį kodą informacijai saugoti, kvantiniai kompiuteriai naudoja mažyčius vienetus, žinomus kaip kubitai (arba kvantiniai bitai).
Kubitai yra neįsivaizduojamai maži. Jie pagaminti iš dar mažesnių kvantinių sistemų, tokių kaip protonai ir elektronai, pagrindiniai atomų komponentai. Puiku kubituose yra tai, kad jie vienu metu gali egzistuoti keliose būsenose. Suskaidykime tai.
Dvejetainis kodas yra tik tai, dvejetainis. Tai reiškia, kad bitai gali egzistuoti tik kaip nulis arba vienetas, o tai gali būti ribota, kai reikia atlikti išplėstinius procesus. Kita vertus, kubitai gali egzistuoti vienu metu keliose būsenose, vadinamose kvantine superpozicija. Kubitai taip pat gali pasiekti kvantinį susipynimą, kai kubitų poros susijungia.
Naudodami kvantinę superpoziciją, kvantiniai kompiuteriai gali vienu metu apsvarstyti kelias kubitų konfigūracijas, todėl daug lengviau išspręsti labai sudėtingas problemas. Ir dėl kvantinio susipynimo du kubitai gali egzistuoti toje pačioje būsenoje ir veikti vienas kitą matematiškai nuspėjamu būdu. Tai prisideda prie kvantinių kompiuterių apdorojimo galimybių.
Apskritai, galimybė vienu metu atsižvelgti į kelias būsenas suteikia kvantiniams kompiuteriams galimybė išspręsti itin sudėtingus skaičiavimus ir vykdyti itin pažangius modeliavimus.
Šiuo metu įvairios įmonės, įskaitant IBM ir Google, kuria kvantinius kompiuterius. Pavyzdžiui, pagal Naujasis mokslininkas2019 m. Google teigė, kad jos kvantinis kompiuteris Sycamore savo galimybėmis pranoko superkompiuterį. „Google“ teigė, kad per 200 sekundžių „Sycamore“ galėtų išspręsti skaičiavimą, kuriam superkompiuteriui atlikti prireiktų 10 000 metų.
Bet tik po dvejų metų vėl, kaip nurodyta Naujasis mokslininkas, Kinijoje buvo sukurtas nekvantinis algoritmas, kuris leido išspręsti įprastinius kompiuterius ta pati problema vos per kelias valandas, o tai reiškia, kad superkompiuteris tikrai galėtų ją išspręsti, taip pat.
Taigi, visoje kvantinio skaičiavimo srityje kabo didelis „jeigu“. Ši technologija vis dar yra labai ankstyvoje stadijoje ir dar reikia nuveikti ilgą kelią, kol ja bus galima pasitikėti kaip superkompiuterių alternatyva.
Kvantinius kompiuterius nepaprastai sunku sukurti ir programuoti, o klaidų lygis vis dar yra didelis. Be to, dabartinė kvantinių kompiuterių apdorojimo galia daro juos visiškai netinkamus tipinėms programoms. Dėl to kvantinis kompiuteris turi išgyventi daug problemų, kad taptų patikima ir plačiai naudojama technologija.
Superkompiuteriai šiuo metu yra populiariausias pasirinkimas
Nors kvantiniai kompiuteriai gali gerokai pranokti superkompiuterius, tai vis dar iš esmės hipotetinė. Vieną dieną galime pastebėti, kad kvantinis kompiuteris pažengė į priekį tiek, kad superkompiuteriai nebereikalingi. Negalima paneigti, kad šioje srityje jau buvo padaryta didžiulė pažanga. Tačiau kol kas kvantiniai kompiuteriai vis dar yra ankstyvoje stadijoje ir gali prireikti dešimtmečių, kol jie taps pagrindiniais.
