Calculul a parcurs un drum incredibil de lung în ultimele decenii. Ne aflăm în mijlocul unei revoluții tehnologice, cu mașinile care devin tot mai avansate de la an la an. Două invenții deosebit de avansate, supercalculatorul și computerul cuantic, au mase de aplicații și potențial. Dar care este diferența dintre un supercomputer și un computer cuantic și care este mai bun?
Ce este un supercalculator?
Supercalculatoarele sunt sisteme uriașe care poate cuprinde camere întregi în dimensiune. Aceste aparate nu seamănă deloc cu computerul dvs. desktop sau laptopul tipic. Mai degrabă, supercalculatoarele constau din grupuri mari de procesoare, toate lucrând împreună pentru a atinge un anumit scop.
Supercalculatoarele au apărut pentru prima dată în anii 1960, odată cu crearea CDC (Control Data Corporation) 6600. Acesta este considerat primul supercomputer construit vreodată și era de aproximativ zece ori mai puternic decât computerele standard la acea vreme. Dar lucrurile au parcurs foarte mult de atunci.
Supercomputerele de azi sunt extrem de puternice, cel puțin. Dar, desigur, totul este relativ. CDC 6600 a fost un fenomen în calcul, dar nu ar fi văzut ca nimic special astăzi. La urma urmei, a durat doar o jumătate de deceniu pentru ca acesta să fie eclipsat de CDC 7600. Așadar, ține cont de asta când te gândești la puterea supercalculatoarelor de astăzi.
La fel ca propriul computer, supercalculatoarele pot procesa și stoca date, dar merg mult mai departe. Aceste mașini pot efectua calcule și simulări incredibil de complexe care nu ar putea fi realizate niciodată de oameni sau de computerele pe care le folosim cu toții în viața noastră de zi cu zi. De asemenea, pot efectua rapid procese pe care un computer obișnuit poate dura luni sau ani pentru a le finaliza.
De exemplu, un supercomputer modern ar putea prezice rezultatul unei explozii nucleare, poate produce modele extrem de complexe ale creierului și chiar poate realiza simulări ale originilor universului. Capacitățile acestor mașini sunt oarecum uimitoare și s-au dovedit utile într-o serie de industrii diferite.
Dar, la baza lor, supercalculatoarele au aceleași piulițe și șuruburi ca și computerele obișnuite. Diferența este că aceste computere sunt uriașe și constau din mii sau sute de mii CPU-uri (unități centrale de procesare)și, prin urmare, oferă o putere de procesare mult mai mare decât PC-ul dvs. standard. Calculatorul pe care îl folosiți zilnic are probabil câteva nuclee CPU, unele având doar unul. Așadar, imaginați-vă ce s-ar putea realiza dacă puterea sa ar fi crescută de multe ori de multe ori.
Supercalculatoarele sunt fascinante, dar incredibil de scumpe de construit și întreținut. Milioane de dolari pot fi turnați într-un singur supercomputer și sunt necesare cantități uriașe de energie electrică pentru a le menține în funcțiune.
Și chiar și aceste mașini foarte avansate au limitările lor. În special, abilitățile supercalculatoarelor sunt limitate la dimensiunea lor. Supercalculatoarele de astăzi sunt deja uriașe și costă mulți bani pentru a funcționa. Deci, cu cât un supercomputer devine mai mare, cu atât devine mai scump.
În plus, supercalculatoarele generează cantități uriașe de căldură care trebuie îndepărtate pentru a preveni supraîncălzirea. Una peste alta, utilizarea supercomputerelor este un proces foarte costisitor și exhaustiv. În plus, există unele probleme pe care supercalculatoarele nu le pot rezolva pur și simplu pentru că sunt prea complexe.
Cu toate acestea, un jucător relativ nou în jocul informatic ar putea avea capacitatea de a depăși supercalculatoarele și de a realiza ceea ce nu pot: calculatoare cuantice.
Ce este un computer cuantic?
The conceptul de calcul cuantic a apărut pentru prima dată în anii 1980. În acest timp, pionieri precum Richard Benioff, Richard Feynman și Yuri Manin au contribuit la dezvoltarea teoriei calculului cuantic. Dar în acest moment, calculul cuantic era doar o idee și nu fusese niciodată aplicat într-un cadru real.
Optsprezece ani mai târziu, în 1998, Isaac Chuang, Neil Gershenfeld și Mark Kubinec au creat primul computer cuantic. Viteza de procesare a acestui computer este rudimentară în comparație cu cele mai avansate computere cuantice de astăzi, dar dezvoltarea acestei mașini inedite de acest fel a fost deloc revoluționară.
După cum puteți vedea în imaginea de mai sus, computerele cuantice nu seamănă deloc cu computerele tipice. Acest lucru se datorează faptului că funcționează în moduri radical diferite. În timp ce computerele și supercalculatoarele folosesc cod binar pentru a stoca informații, computerele cuantice folosesc unități minuscule cunoscute sub numele de qubiți (sau biți cuantici).
Qubit-urile sunt inimaginabil de mici. Ele sunt formate din sisteme cuantice și mai mici, cum ar fi protonii și electronii, componentele fundamentale ale atomilor. Ceea ce este grozav la qubiți este că pot exista în mai multe stări simultan. Să descompunem asta.
Cod binar este doar asta, binar. Aceasta înseamnă că biții pot exista doar ca zero sau unu, ceea ce poate fi limitativ atunci când vine vorba de efectuarea proceselor avansate. Pe de altă parte, Qubiții pot exista simultan în mai multe stări, cunoscute sub numele de suprapunere cuantică. Qubiții pot realiza, de asemenea, întanglementarea cuantică, în care perechile de qubiți se leagă între ele.
Folosind suprapunerea cuantică, calculatoarele cuantice pot lua în considerare mai multe configurații de qubit simultan, ceea ce face mult mai ușor să rezolve probleme extrem de complexe. Și, prin întanglementarea cuantică, doi qubiți pot exista în aceeași stare și se pot afecta reciproc în moduri previzibile din punct de vedere matematic. Acest lucru contribuie la capacitatea de procesare a computerelor cuantice.
În general, capacitatea de a lua în considerare mai multe stări simultan oferă computerelor cuantice potențialul de a rezolva calcule extrem de complexe și rulați simulări foarte avansate.
Diverse companii lucrează în prezent la dezvoltarea computerelor cuantice, inclusiv IBM și Google. De exemplu, conform Un nou om de știință, în 2019, Google a susținut că computerul său cuantic, Sycamore, a depășit un supercomputer în capabilitățile sale. Google a declarat că, în 200 de secunde, Sycamore ar putea rezolva un calcul care ar dura 10.000 de ani pentru finalizarea unui supercomputer.
Dar doar doi ani mai târziu, din nou, conform Un nou om de știință, un algoritm non-cuantic a fost dezvoltat în China care a făcut posibil ca computerele obișnuite să rezolve aceeași problemă în doar câteva ore, ceea ce înseamnă că un supercomputer ar fi cu siguranță capabil să o rezolve, de asemenea.
Deci, există un mare „dacă” planează peste întregul domeniu al calculului cuantic. Această tehnologie este încă în stadiile incipiente și mai are un drum lung de parcurs până să se poată baza pe ea ca alternativă la supercomputere.
Calculatoarele cuantice sunt incredibil de dificil de construit și programat și au în continuare rate mari de eroare. În plus, puterea actuală de procesare a computerelor cuantice le face complet nepotrivite pentru aplicațiile tipice. Drept urmare, există o mulțime de probleme în creștere prin care trebuie să treacă calculul cuantic înainte de a deveni o tehnologie fiabilă și utilizată pe scară largă.
Supercomputerele sunt soluția pentru moment
În timp ce computerele cuantice au potențialul de a depăși cu mult supercalculatoarele, acest lucru este încă în mare parte ipotetic. Într-o zi, putem vedea că calculul cuantic avansează până la punctul în care supercalculatoarele nu mai sunt necesare. Nu se poate nega că au fost deja făcute evoluții uriașe în acest domeniu. Dar, deocamdată, computerele cuantice sunt încă în stadiile lor incipiente și ar putea dura decenii până să devină mainstream.
