Arvutustehnika on viimastel aastakümnetel läbinud uskumatult pika tee. Oleme keset tehnoloogilist revolutsiooni, kus masinad muutuvad aasta-aastalt arenenumaks. Kahel eriti arenenud leiutisel, superarvutil ja kvantarvutil, on palju rakendusi ja potentsiaali. Aga mis vahe on superarvutil ja kvantarvutil ning kumb on parem?
Mis on superarvuti?
Superarvutid on suured süsteemid mis võib hõlmata terveid ruume. Need masinad ei näe välja nagu teie tüüpiline laua- või sülearvuti. Pigem koosnevad superarvutid suurtest protsessorite rühmadest, mis kõik töötavad koos kindla eesmärgi saavutamiseks.
Superarvutid tekkisid esmakordselt 1960. aastatel, kui loodi CDC (Control Data Corporation) 6600. Seda peetakse esimeseks kunagi ehitatud superarvutiks ja see oli umbes kümme korda võimsam kui tol ajal tavalised arvutid. Kuid sellest ajast on asjad väga kaugele jõudnud.
Tänapäeva superarvutid on pehmelt öeldes ülivõimsad. Aga see kõik on muidugi suhteline. CDC 6600 oli andmetöötluse fenomen, kuid tänapäeval ei peetaks selles midagi erilist. Lõppude lõpuks kulus vaid pool kümnendit, et see CDC 7600 ületas. Seega pidage seda meeles, kui mõelda superarvutite võimsusele tänapäeval.
Sarnaselt teie arvutiga saavad superarvutid andmeid töödelda ja salvestada, kuid ulatuvad sellest palju kaugemale. Need masinad suudavad teha uskumatult keerulisi arvutusi ja simulatsioone, mida inimesed või arvutid, mida me kõik oma igapäevaelus kasutame, ei suuda kunagi saavutada. Samuti saavad nad kiiresti läbi viia protsesse, mille lõpuleviimiseks võib tavalisel arvutil kuluda kuid või aastaid.
Näiteks võib kaasaegne superarvuti ennustada tuumaplahvatuse tulemust, toota väga keerulisi ajumudeleid ja isegi simuleerida universumi päritolu. Nende masinate võimalused on mõnevõrra hämmastavad ja on osutunud kasulikuks paljudes erinevates tööstusharudes.
Kuid superarvutitel on põhiolemuselt samad mutrid ja poldid kui tavalistel arvutitel. Erinevus seisneb selles, et need arvutid on tohutud ja koosnevad tuhandetest või sadadest tuhandetest CPU (keskprotsessor), ja seetõttu on sellel palju suurem töötlemisvõimsus kui teie tavaline arvuti. Igapäevaselt kasutataval arvutil on tõenäoliselt käputäis CPU südamikke, mõnel neist ainult üks. Niisiis, kujutage ette, mida oleks võimalik saavutada, kui selle võimsust suurendataks mitu korda.
Superarvutid on põnevad, kuid nende ehitamine ja hooldamine on uskumatult kallis. Ühte superarvutisse saab valada miljoneid dollareid ja nende töös hoidmiseks on vaja tohutult elektrienergiat.
Ja isegi neil kõrgelt arenenud masinatel on oma piirangud. Eelkõige on superarvutite võimalused piiratud nende suurusega. Tänapäeva superarvutid on juba tohutud ja nende käitamine maksab palju raha. Seega, mida suuremaks superarvuti läheb, seda kallimaks see läheb.
Peale selle tekitavad superarvutid tohutul hulgal soojust, mis tuleb ülekuumenemise vältimiseks eemaldada. Kokkuvõttes on superarvutite kasutamine väga kulukas ja ammendav protsess. Lisaks on mõned probleemid, mida superarvutid ei suuda lahendada lihtsalt seetõttu, et need on liiga keerulised.
Suhteliselt uus arvutimängu mängija võib aga omada võimet ületada superarvuteid ja saavutada seda, mida nad ei suuda: kvantarvutid.
Mis on kvantarvuti?
The kvantarvutuse kontseptsioon esmakordselt tekkis 1980. aastatel. Selle aja jooksul aitasid kvantarvutusteooria arendamisele kaasa sellised pioneerid nagu Richard Benioff, Richard Feynman ja Juri Manin. Kuid praegusel ajahetkel oli kvantarvutus vaid idee ja seda polnud kunagi reaalses keskkonnas rakendatud.
Kaheksateist aastat hiljem, 1998. aastal, lõid Isaac Chuang, Neil Gershenfeld ja Mark Kubinec esimese kvantarvuti. Selle arvuti töötlemiskiirus on tänapäeva kõige arenenumate kvantarvutitega võrreldes algeline, kuid selle esimese omataolise masina väljatöötamine oli revolutsiooniline.
Nagu näete ülaltoodud pildil, ei näe kvantarvutid välja nagu tavalised arvutid. Selle põhjuseks on asjaolu, et need toimivad drastiliselt erineval viisil. Kui arvutid ja superarvutid kasutavad teabe salvestamiseks kahendkoodi, siis kvantarvutid kasutavad pisikesi ühikuid, mida nimetatakse kubitideks (või kvantbittideks).
Kubitid on kujuteldamatult väikesed. Need on valmistatud veelgi väiksematest kvantsüsteemidest, nagu prootonid ja elektronid, mis on aatomite põhikomponendid. Kubittide puhul on suurepärane see, et need võivad eksisteerida korraga mitmes olekus. Teeme selle lahti.
Binaarne kood on just see, binaarne. See tähendab, et bitid võivad eksisteerida ainult nulli või ühena, mis võib täiustatud protsesside läbiviimisel piirata. Teisest küljest võivad qubitid eksisteerida samaaegselt mitmes olekus, mida nimetatakse kvantsuperpositsiooniks. Kubitid võivad saavutada ka kvantpõimumise, mille käigus kubiidipaarid ühenduvad.
Kvantsuperpositsiooni kasutades suudavad kvantarvutid kaaluda korraga mitut kubitikonfiguratsiooni, muutes väga keeruliste probleemide lahendamise palju lihtsamaks. Ja kvantpõimumise kaudu võivad kaks kubitti eksisteerida samas olekus ja mõjutada üksteist matemaatiliselt prognoositaval viisil. See aitab kaasa kvantarvutite töötlemisvõimele.
Üldiselt annab mitme oleku samaaegse käsitlemise võimalus kvantarvutitele potentsiaal lahendada äärmiselt keerulisi arvutusi ja käivitada kõrgetasemelisi simulatsioone.
Kvantarvutite arendamisega tegelevad praegu erinevad ettevõtted, sealhulgas IBM ja Google. Näiteks vastavalt Uus Teadlane2019. aastal väitis Google, et tema kvantarvuti Sycamore ületas oma võimete poolest superarvutit. Google teatas, et 200 sekundiga suudab Sycamore lahendada arvutuse, mille tegemiseks kuluks superarvutil 10 000 aastat.
Kuid vaid kaks aastat hiljem, jälle, nagu öeldud Uus Teadlane, töötati Hiinas välja mittekvant-algoritm, mis võimaldas tavaarvutitel lahendada sama probleem vaid mõne tunniga, mis tähendab, et superarvuti suudab selle kindlasti lahendada, ka.
Niisiis, kogu kvantandmetöötluse valdkonna kohal ripub suur "kui". See tehnoloogia on veel väga varajases staadiumis ja sellel on superarvutitele alternatiivina loota veel pikk tee.
Kvantarvuteid on uskumatult raske ehitada ja programmeerida ning neil on endiselt kõrge veamäär. Lisaks muudab kvantarvutite praegune töötlemisvõimsus need tüüpilisteks rakendusteks täiesti sobimatuks. Seetõttu on palju kasvuvalusid, mida kvantarvuti peab läbima enne, kui see muutub usaldusväärseks ja laialdaselt kasutatavaks tehnoloogiaks.
Superarvutid on praegu populaarsed
Kuigi kvantarvutitel on potentsiaal superarvuteid tunduvalt ületada, on see siiski suuresti hüpoteetiline. Ühel päeval võime näha, et kvantarvuti areneb punktini, kus superarvuteid pole enam vaja. Ei saa eitada, et selles valdkonnas on juba tehtud suuri arenguid. Kuid praegu on kvantarvutid alles algusjärgus ja nende peavooluks muutumine võib võtta aastakümneid.