Miten tekniikka yllättää meidät – tulevaisuuden tietokoneet (osa 1)

Palveluliiketoiminta

Olemme havainneet vaikuttavaa edistystä tietotekniikan alalla useiden vuosikymmenten ajan. Tietokoneet ovat tulossa yhä tehokkaammiksi - laitteet, jotka maksoivat muutama vuosi sitten paljon ja olivat korkealaatuisia, tuskin kelpaavat nykyään keskiluokkaan. Älypuhelimia valmistetaan samalla teholla kuin PC:t 5-6 vuotta sitten. Nopeat pelimerkit näkyvät jopa kelloissa. Tämä kaikki on vaikuttavaa - mutta jonkun on kysyttävä tämä kysymys: milloin saavutamme kehityksen rajan? Olemmeko lähestymässä "teknologista kattoa"? Miltä tulevaisuuden tietokoneet näyttävät?

Tietokoneet - mahdollisuuksien raja

Intelin toinen perustaja Gordon Moore keksi 1960-luvulla lain, jonka mukaan transistorien määrä silloisissa järjestelmissä kaksinkertaistuu joka vuosi. Tätä sääntöä muutettiin myöhemmin - nykyään sanotaan prosessorien tehon kaksinkertaistamisesta kahden vuoden välein. Empiria on osoittanut, että Mooren laki toimii lähes täydellisesti - sen voi noudattaa jokainen, joka parantaa tietokonelaitteistoaan muutaman vuoden välein. Kehityksen päätekijä on miniatyrisointi - se onnistuu tukkimaan enemmän transistoreita pienempään tilaan. Piin - päämateriaalin, josta lastut valmistetaan - ominaisuudet ovat vähitellen ehtymässä. Siksi erilaista lähestymistapaa prosessorin suorituskyvyn ruuvaamiseen on käytetty useiden vuosien ajan. Nykyään komponentin kellotus gigahertseinä (GHz) ilmaistuna on vähemmän tärkeä - viimeiset piimehut puristetaan ulos käyttämällä useita ytimiä, jotka on integroitu yhteen järjestelmään, jotka voivat usein suorittaa kaksi tehtävää samanaikaisesti (säikeet).

Tieteellisissä sovelluksissa ns supertietokoneet tai jättiläiskoneet, jotka vievät kokonaisia ​​huoneita ja tarvitsevat yhtä paljon sähköä kuin pienet kaupungit. Vaikuttavat laskentanopeudet - tällä hetkellä tehokkain supertietokone on kiinalainen Tianhe-2 lähes 34 PFLOPS:lla - saavutetaan yhdistämällä satoja tai jopa tuhansia yksittäisiä piirejä. Melkein joka vuosi TOP500-rankingin johtaja vaihtuu, mikä luokittelee maailman nopeimmat laskentahirviöt. Jokainen peräkkäinen hirviö on suurempi kuin edellinen ja käyttää enemmän sähköä - joten jälleen herää kysymys: missä on kehityksen este? Ja vaikka supertietokoneiden suorituskyvyn parantaminen jatkuisi tällä tavalla esteettömästi - onko se edes kannattavaa? Mitä tulevaisuuden tietokoneet voivat antaa meille?

Tulevaisuuden tietokoneet eli kvanttitietokoneet

Yksi klassisten piijärjestelmien vaihtoehdon kehityssuunnista on kvanttiteknologia, joka on tällä hetkellä vielä lapsenkengissään. Siinä käytetään epätavallisia ilmiöitä, jotka tapahtuvat subatomisella - eli mikroskooppisella tasolla. Tällä pienellä maailmassa on täysin erilaiset säännöt kuin ne, jotka hallitsevat makroskooppista todellisuuttamme. Atomimallia tarkasteltaessa klassiseen fysiikkaan tottunut mieli näkee atomi-elektronin ytimen planeettajärjestelmän kaltaiseksi. Näin ei kuitenkaan ole - käy ilmi, että on mahdollista määrittää alue, jolla elektroni on vain tietyllä todennäköisyydellä, koska kvanttimekaniikan lakien mukaan se lentää kaikkiin suuntiin… samanaikaisesti. Mielenkiintoista on, että tämä epätavallinen ominaisuus katoaa, kun tarkkailu häiritsee tätä herkkää tilannetta, jota kutsutaan superpositioksi.

Aloita ilmainen 30 päivän kokeilujakso ilman ehtoja!

Kvanttioikeiden selittämiseksi paremmin viitataan mielenkiintoiseen ajatuskokeeseen, jonka on ehdottanut merkittävä fyysikko Erwin Schroedinger. Kuvittele laatikko, johon laitamme kissan, radioaktiivisen isotoopin, joka silloin tällöin vapauttaa hiukkasen säteilyä, myrkkypullon ja Geiger-laskurin. Nämä kolme tuotetta tarjoavat mekanismin, joka vapauttaa toksiinin heti, kun säteilypäästö havaitaan. Suljemme laatikon ja alamme ajatella. Kun katsomme laatikkoa, emme tiedä, onko kissa elossa vai onko se myrkytetty - voimme vain määrittää yhden tai toisen tilan mahdollisuuden. Tämä heijastaa klassiselle makroskooppiselle fysiikalle ominaista ajattelutapaa. Mutta kvanttitermeissä sinun on järkeiltävä eri tavalla - suljetussa laatikossa kissa on sekä elossa että kuollut. Vain katsomalla sisään voit tehdä varman arvion. Ja näin mekaniikka toimii mikroskooppisessa maailmassa - kvanteilla on useita tiloja samanaikaisesti, kunnes niiden tarkkailu suoritetaan, mikä on myös niiden superpositiota häiritsevä teko.

Tiedemiehet alkoivat ihmetellä, kuinka kvanttimekaniikkaa voidaan käyttää tietotekniikan sovelluksissa. Ja he keksivät idean - ja jos näin on, järjestelmän sisällä kulkevan virran perusteella bittien sijaan tiedot tulisi tallentaa kvanteihin, jotka voivat ottaa useita eri arvoja samanaikaisesti. Klassinen bitti voi ilmaista joko 1:n (virtaus) tai 0:n (ei virtausta), ja kvanttibitin (kubitin) pitäisi pystyä edustamaan molempia kerralla ja kaikkia niiden välissä olevia lukuja! Oli kuitenkin "pieni ongelma" - kuinka voit rakentaa tietokoneen tämän mekaniikka perusteella, kun kaikki häiriöt (ja jopa pelkkä havainto) tällaisessa järjestelmässä tuhoavat kvantin hämmästyttävät kyvyt? Näin ollen huippunopeasta tietokoneesta haaveilevien tutkijoiden suurin haaste oli kvanttien superpositio ylläpitäminen mahdollisimman pitkään, jotta ne voitaisiin sisällyttää monimutkaisiin laskelmiin. Voit lukea lisää tämän alan edistymisestä artikkelista Quantum computers.