Datortehnika pēdējo desmitgažu laikā ir nogājusi neticami garu ceļu. Mēs esam tehnoloģiskas revolūcijas vidū, un mašīnas ar katru gadu kļūst arvien progresīvākas. Diviem īpaši progresīviem izgudrojumiem, superdatoram un kvantu datoram, ir daudz pielietojumu un potenciāla. Bet kāda ir atšķirība starp superdatoru un kvantu datoru, un kurš ir labāks?
Kas ir superdators?
Superdatori ir milzīgas sistēmas kas var aptvert visas telpas. Šīs iekārtas nelīdzinās jūsu tipiskajam galddatoram vai klēpjdatoram. Drīzāk superdatori sastāv no lielām procesoru grupām, kas darbojas kopā, lai sasniegtu noteiktu mērķi.
Superdatori pirmo reizi parādījās 1960. gados, kad tika izveidota CDC (Control Data Corporation) 6600. Šis tiek uzskatīts par pirmo superdatoru, kas jebkad ir uzbūvēts, un tas bija apmēram desmit reizes jaudīgāks par tā laika standarta datoriem. Bet kopš tā laika lietas ir gājušas ļoti tālu.
Mūsdienu superdatori, maigi izsakoties, ir ārkārtīgi jaudīgi. Bet, protams, tas viss ir relatīvs. CDC 6600 bija fenomens skaitļošanā, taču mūsdienās to neuzskata par neko īpašu. Galu galā bija nepieciešams tikai pusdesmit gadu, lai to pārspētu CDC 7600. Tāpēc paturiet to prātā, apsverot mūsdienu superdatoru jaudu.
Tāpat kā jūsu personālais dators, arī superdatori var apstrādāt un uzglabāt datus, taču tie ir daudz tālāk. Šīs iekārtas var veikt neticami sarežģītus aprēķinus un simulācijas, ko nekad nevarētu sasniegt cilvēki vai datori, kurus mēs visi izmantojam savā ikdienas dzīvē. Viņi var arī ātri veikt procesus, kuru pabeigšanai parastajam datoram var būt nepieciešami mēneši vai gadi.
Piemēram, moderns superdators varētu paredzēt kodolsprādziena rezultātu, radīt ļoti sarežģītus smadzeņu modeļus un pat veikt Visuma pirmsākumu simulācijas. Šo iekārtu iespējas ir zināmā mērā pārsteidzošas, un tās ir izrādījušās noderīgas daudzās dažādās nozarēs.
Taču pamatā superdatoriem ir tādi paši uzgriežņi un skrūves kā parastajiem datoriem. Atšķirība ir tāda, ka šie datori ir milzīgi un sastāv no tūkstošiem vai simtiem tūkstošu CPU (centrālie procesori), un tāpēc tajā ir ievērojami lielāka apstrādes jauda nekā jūsu standarta datorā. Datorā, kuru izmantojat ikdienā, iespējams, ir nedaudz CPU kodolu, bet dažiem ir tikai viens. Tātad, iedomājieties, ko varētu sasniegt, ja tā jaudu palielinātu daudzas, daudzas reizes.
Superdatori ir aizraujoši, taču to izveide un uzturēšana ir neticami dārga. Miljoniem dolāru var ieliet vienā superdatorā, un, lai tie darbotos, ir nepieciešams milzīgs elektroenerģijas daudzums.
Un pat šīm augsti attīstītajām iekārtām ir savi ierobežojumi. Jo īpaši superdatoru iespējas ir ierobežotas ar to lielumu. Mūsdienu superdatori ir jau milzīgi, un to darbība maksā daudz naudas. Tātad, jo lielāks kļūst superdators, jo dārgāks tas kļūst.
Papildus tam superdatori rada milzīgu siltuma daudzumu, kas ir jānoņem, lai novērstu pārkaršanu. Kopumā superdatoru izmantošana ir ļoti dārgs un izsmeļošs process. Turklāt ir dažas problēmas, kuras superdatori nevar atrisināt tikai tāpēc, ka tās ir pārāk sarežģītas.
Tomēr salīdzinoši jauns skaitļošanas spēles spēlētājs varētu pārspēt superdatorus un sasniegt to, ko viņi nevar: kvantu datorus.
Kas ir kvantu dators?
The kvantu skaitļošanas jēdziens pirmo reizi radās pagājušā gadsimta astoņdesmitajos gados. Šajā laikā tādi pionieri kā Ričards Beniofs, Ričards Feinmens un Jurijs Manins deva ieguldījumu kvantu skaitļošanas teorijas izstrādē. Taču šajā brīdī kvantu skaitļošana bija tikai ideja, un tā nekad netika izmantota reālajā pasaulē.
Astoņpadsmit gadus vēlāk, 1998. gadā, Īzaks Čuangs, Nīls Geršenfelds un Marks Kubinecs izveidoja pirmo kvantu datoru. Šī datora apstrādes ātrums ir niecīgs, salīdzinot ar mūsdienu vismodernākajiem kvantu datoriem, taču šīs pirmās šāda veida mašīnas izstrāde nebija nekas cits kā revolucionārs.
Kā redzat augstāk esošajā attēlā, kvantu datori neizskatās pēc parastajiem datoriem. Tas ir tāpēc, ka tie darbojas krasi atšķirīgi. Kamēr datori un superdatori informācijas glabāšanai izmanto bināro kodu, kvantu datori izmanto sīkas vienības, kas pazīstamas kā kubiti (vai kvantu biti).
Kubiti ir neiedomājami mazi. Tie ir izgatavoti no vēl mazākām kvantu sistēmām, piemēram, protoniem un elektroniem, kas ir atomu pamatkomponenti. Lieliski kubitos ir tas, ka tie var pastāvēt vairākos stāvokļos vienlaikus. Sadalīsim šo.
Binārais kods ir tikai tas, binārs. Tas nozīmē, ka biti var pastāvēt tikai kā nulle vai viens, kas var ierobežot progresīvu procesu veikšanu. No otras puses, kubiti var pastāvēt vienlaikus vairākos stāvokļos, kas pazīstami kā kvantu superpozīcija. Kubiti var arī panākt kvantu sapēšanos, kurā kubitu pāri savienojas kopā.
Izmantojot kvantu superpozīciju, kvantu datori var vienlaikus apsvērt vairākas kubitu konfigurācijas, padarot daudz vienkāršāku ļoti sarežģītu problēmu risināšanu. Un, pateicoties kvantu sapīšanai, divi kubiti var pastāvēt vienā stāvoklī un ietekmēt viens otru matemātiski paredzamā veidā. Tas veicina kvantu datoru apstrādes spēju.
Kopumā spēja vienlaikus ņemt vērā vairākus stāvokļus sniedz kvantu datoriem iespēja atrisināt ārkārtīgi sarežģītus aprēķinus un palaist ļoti progresīvas simulācijas.
Pašlaik pie kvantu datoru izstrādes strādā dažādi uzņēmumi, tostarp IBM un Google. Piemēram, saskaņā ar Jaunais Zinātnieks2019. gadā Google apgalvoja, ka tā kvantu dators Sycamore savās spējās ir pārspējis superdatoru. Google paziņoja, ka 200 sekundēs Sycamore varētu atrisināt aprēķinu, kura veikšanai superdatoram būtu nepieciešami 10 000 gadu.
Bet tikai divus gadus vēlāk, atkal, kā norādīts Jaunais Zinātnieks, Ķīnā tika izstrādāts nekvantu algoritms, kas ļāva atrisināt parastos datorus tā pati problēma tikai dažu stundu laikā, kas nozīmē, ka superdators noteikti spēs to atrisināt, arī.
Tātad pār visu kvantu skaitļošanas jomu karājas liels "ja". Šī tehnoloģija joprojām ir ļoti agrīnā stadijā, un tai ir tāls ceļš ejams, lai to varētu izmantot kā alternatīvu superdatoriem.
Kvantu datorus ir neticami grūti uzbūvēt un programmēt, un tiem joprojām ir augsts kļūdu līmenis. Turklāt kvantu datoru pašreizējā apstrādes jauda padara tos pilnīgi nepiemērotus tipiskām lietojumprogrammām. Rezultātā kvantu skaitļošanai ir jāpiedzīvo daudz sāpju, lai tā kļūtu par uzticamu un plaši izmantotu tehnoloģiju.
Superdatori šobrīd ir vispiemērotākie
Lai gan kvantu datoriem ir potenciāls ievērojami pārspēt superdatorus, tas joprojām lielā mērā ir hipotētisks. Kādu dienu mēs varam redzēt kvantu skaitļošanas progresu līdz vietai, kur superdatori vairs nav nepieciešami. Nevar noliegt, ka šajā jomā jau ir veikti milzīgi sasniegumi. Bet pagaidām kvantu datori joprojām ir agrīnā stadijā, un var paiet gadu desmitiem, līdz tie kļūs par plaši izplatītiem.