De horizon van de eerste - en verder ...

Aan de ene kant moeten ze ons helpen kanker te verslaan, het weer nauwkeurig te voorspellen en kernfusie onder de knie te krijgen. Aan de andere kant bestaat de vrees dat ze mondiale vernietiging zullen veroorzaken of de mensheid tot slaaf zullen maken. Op dit moment zijn computermonsters echter nog steeds niet in staat om tegelijkertijd groot goed en groot kwaad te creëren.

In de jaren zestig hadden de meest efficiënte computers de macht megaflops (miljoenen drijvende-kommabewerkingen per seconde). De eerste computer met rekenkracht boven 1 GFLOPS (gigaflops) was Kraai 2, geproduceerd door Cray Research in 1985. Eerste model met rekenkracht boven 1 TFLOPS (teraflops) was ASCI-rood, gemaakt door Intel in 1997. Vermogen bereikt 1 PFLOPS (petaflops) Roadrunner, uitgebracht door IBM in 2008.

Het huidige record op het gebied van rekenkracht is van het Chinese Sunway TaihuLight en bedraagt ​​9 PFLOPS.

Hoewel, zoals je kunt zien, de krachtigste machines nog steeds niet steeds vaker honderden petaflops hebben bereikt exaschaal systemenwaarbij rekening moet worden gehouden met macht exaflopsach (EFLOPS), d.w.z. ongeveer meer dan 1018 bewerkingen per seconde. Dergelijke ontwerpen bevinden zich echter nog maar in de fase van projecten met een verschillende mate van uitwerking.

KORTINGEN (, drijvende-kommabewerkingen per seconde) is een eenheid van rekenkracht die voornamelijk in wetenschappelijke toepassingen wordt gebruikt. Het is veelzijdiger dan de eerder gebruikte MIPS-eenheid, wat staat voor processorinstructies per seconde. Flops is geen SI-eenheid, maar kan worden geïnterpreteerd als een eenheid van 1/s.

Voor kanker heb je exaschaal nodig

Een exaflop, of duizend petaflops, is meer dan alle top XNUMX supercomputers samen. Wetenschappers hopen dat de nieuwe generatie machines met een dergelijk vermogen voor doorbraken op verschillende terreinen zal zorgen.

Exascale rekenkracht in combinatie met snel evoluerende machine learning-technologieën zouden b.v. kraak de kankercode. De hoeveelheid gegevens waarover artsen moeten beschikken om kanker te diagnosticeren en te behandelen is zo enorm dat het voor gewone computers moeilijk is om deze taak aan te kunnen. Bij een typische enkelvoudige tumorbiopsie worden meer dan 8 miljoen metingen uitgevoerd, waarbij artsen het gedrag van de tumor, de reactie op farmacologische behandeling en het effect ervan op het lichaam van de patiënt analyseren. Dit is een echte oceaan van gegevens.

zei Rick Stevens van het Argonne Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE). –

Door medisch onderzoek te combineren met rekenkracht gaan wetenschappers aan de slag Neuraal netwerksysteem KAARS (). Hierdoor kunnen we een behandelplan voorspellen en ontwikkelen dat is afgestemd op de individuele behoeften van elke patiënt. Dit zal wetenschappers helpen de moleculaire basis van belangrijke eiwitinteracties te begrijpen, voorspellende modellen voor de respons op geneesmiddelen te ontwikkelen en optimale behandelingsstrategieën voor te stellen. Argonne gelooft dat exascale-systemen een CANDLE-applicatie 50 tot 100 keer sneller kunnen draaien dan de krachtigste supermachines die we vandaag de dag kennen.

Daarom kijken we reikhalzend uit naar de opkomst van exaschaal-supercomputers. De eerste versies zullen echter niet noodzakelijkerwijs in de Verenigde Staten verschijnen. Natuurlijk maken de VS deel uit van de race om ze te creëren, en de lokale overheid staat bekend als het project Aurora werkt samen met AMD, IBM, Intel en Nvidia en probeert buitenlandse concurrenten voor te blijven. De verwachting is echter dat dit pas in 2021 zal gebeuren. Ondertussen kondigden Chinese experts in januari 2017 de creatie aan van een exaschaal-prototype. Een volledig functionerend model van een dergelijke rekeneenheid is dat wel Tianhe-3 – het is echter onwaarschijnlijk dat dit in de komende jaren klaar zal zijn.

De Chinezen houden stand

Feit is dat Chinese ontwikkelingen sinds 2013 bovenaan de lijst van de krachtigste computers ter wereld staan. Hij domineerde jarenlang Tianhe-2en nu behoort de palm tot de genoemde Sunway TaihuLight. Er wordt aangenomen dat deze twee krachtigste machines in het Middenrijk veel krachtiger zijn dan alle eenentwintig supercomputers van het Amerikaanse ministerie van Energie.

Amerikaanse wetenschappers willen uiteraard de leidende positie herwinnen die ze vijf jaar geleden innamen, en werken aan een systeem dat hen daartoe in staat zal stellen. Het wordt gebouwd in het Oak Ridge National Laboratory in Tennessee. Top (2), een supercomputer die later dit jaar in gebruik zal worden genomen. Dit overtreft de kracht van Sunway TaihuLight. Het zal worden gebruikt om nieuwe, sterkere en lichtere materialen te testen en te ontwikkelen, om het binnenste van de aarde te modelleren met behulp van akoestische golven, en om astrofysica-projecten te ondersteunen die de oorsprong van het universum onderzoeken.

2. Ruimtelijk plan van de Summit-supercomputer

Bij het eerder genoemde Argonne National Laboratory zijn wetenschappers binnenkort van plan een nog sneller apparaat te bouwen. Tot zover bekend A21De verwachting is dat de prestaties 200 petaflops zullen bereiken.

Ook Japan doet mee aan de supercomputerrace. Hoewel het de laatste tijd enigszins overschaduwd is door de rivaliteit tussen de VS en China, is het dit land dat van plan is te lanceren ABC-systeem (), met 130 petaflops aan kracht. De Japanners hopen dat zo’n supercomputer gebruikt kan worden om AI (kunstmatige intelligentie) of deep learning te ontwikkelen.

Ondertussen heeft het Europees Parlement zojuist besloten om voor een miljard euro een EU-supercomputer te bouwen. Dit rekenmonster zal zijn werk voor de onderzoekscentra van ons continent rond de jaarwisseling 2022 en 2023 beginnen. De auto wordt binnen gebouwd EuroGPK-projecten de bouw ervan zal worden gefinancierd door de lidstaten – dus Polen zal ook aan dit project deelnemen. Het voorspelde vermogen ervan wordt gewoonlijk "pre-exaschaal" genoemd.

Volgens de ranglijst van 2017 van de vijfhonderd snelste supercomputers ter wereld heeft China tot nu toe 202 van dergelijke machines (40%) en heeft Amerika 144 (29%) in handen.

China gebruikt ook 35% van de rekenkracht van de wereld, vergeleken met 30% in de VS. De volgende landen met de meeste supercomputers op de lijst zijn Japan (35 systemen), Duitsland (20), Frankrijk (18) en het VK (15). Het is vermeldenswaard dat, ongeacht het land van herkomst, alle vijfhonderd van de krachtigste supercomputers verschillende versies van Linux gebruiken...

Ze gaan het zelf ontwerpen

Supercomputers zijn al een waardevol instrument ter ondersteuning van de wetenschaps- en technologie-industrie. Ze stellen onderzoekers en ingenieurs in staat gestage vooruitgang te boeken (en soms zelfs enorme sprongen voorwaarts) op gebieden als biologie, weer- en klimaatvoorspellingen, astrofysica en kernwapens.

De rest hangt af van hun kracht. In de komende decennia zou het gebruik van supercomputing de economische, militaire en geopolitieke situatie van de landen die toegang hebben tot dit soort geavanceerde infrastructuur aanzienlijk kunnen veranderen.

De vooruitgang op dit gebied gaat zo snel dat het ontwerp van nieuwe generaties microprocessors zelfs voor talloze menselijke hulpbronnen al te complex is geworden. Om deze reden spelen geavanceerde computersoftware en supercomputers steeds meer een leidende rol in de ontwikkeling van computers, inclusief computers met het voorvoegsel ‘super’.

3. Japanse supercomputer

Farmaceutische bedrijven zullen binnenkort volledig kunnen functioneren dankzij computersuperkrachten verwerking van een groot aantal menselijke genomen, dieren en planten die zullen helpen bij het creëren van nieuwe medicijnen en behandelingen voor verschillende ziekten.

Nog een reden (in feite een van de belangrijkste) waarom overheden zoveel investeren in de ontwikkeling van supercomputers. Efficiëntere voertuigen zullen toekomstige militaire leiders helpen duidelijke gevechtsstrategieën te ontwikkelen in elke gevechtsomgeving, de ontwikkeling van effectievere wapensystemen mogelijk maken en ook wetshandhavings- en inlichtingendiensten ondersteunen bij het vooraf identificeren van potentiële bedreigingen.

Niet genoeg kracht om de hersenen te simuleren

Nieuwe supercomputers moeten helpen bij het ontcijferen van de natuurlijke supercomputer die ons al lang bekend is: het menselijk brein.

Een internationaal team van wetenschappers heeft onlangs een algoritme ontwikkeld dat een belangrijke nieuwe stap vertegenwoordigt in de richting van het modelleren van de neurale verbindingen van de hersenen. Nieuw NIET-algoritme, beschreven in een open access paper gepubliceerd in Frontiers in Neuroinformatics, zal naar verwachting de 100 miljard onderling verbonden neuronen van het menselijk brein op supercomputers simuleren. Wetenschappers van het Duitse onderzoekscentrum Jülich, de Noorse Universiteit voor Levenswetenschappen, de Universiteit van Aken, het Japanse RIKEN Instituut en het Koninklijk Instituut voor Technologie KTH in Stockholm waren bij het werk betrokken.

Sinds 2014 voeren de supercomputers RIKEN en JUQUEEN van het Jülich Supercomputing Center in Duitsland grootschalige neurale netwerksimulaties uit, waarbij de verbindingen van ongeveer 1% van de neuronen in het menselijk brein worden gesimuleerd. Waarom maar zo veel? Kunnen supercomputers het hele brein simuleren?

Susanna Kunkel van het Zweedse bedrijf KTH legt uit.

Tijdens de simulatie moet het actiepotentiaal van een neuron (korte elektrische impulsen) naar ongeveer alle 100 mensen worden gestuurd. kleine computers, knooppunten genoemd, elk uitgerust met een aantal processors die de daadwerkelijke berekeningen uitvoeren. Elk knooppunt controleert welke van deze impulsen behoren tot de virtuele neuronen die in dat knooppunt voorkomen.

4. Modellering van hersenverbindingen van neuronen, d.w.z. we staan ​​nog maar aan het begin van onze reis (1%)

Het is duidelijk dat de hoeveelheid computergeheugen die processors nodig hebben voor deze extra bits per neuron toeneemt met de omvang van het neurale netwerk. Om verder te gaan dan de 1%-simulatie van het gehele menselijke brein (4) zou dit nodig zijn honderd keer meer geheugen dan wat tegenwoordig in alle supercomputers beschikbaar is. Daarom zou het alleen mogelijk zijn om te praten over het verkrijgen van een simulatie van het hele brein in de context van toekomstige exaschaal-supercomputers. Dit is waar het NEST-algoritme van de volgende generatie moet werken.

TOP 5 supercomputers ter wereld

1. Sunway TaihuLight – 93 PFLOPS-supercomputers gelanceerd in 2016 in Wuxi, China. Sinds juni 2016 staat het bovenaan de lijst van TOP500: supercomputers met de hoogste rekenkracht ter wereld.

2. Tianhe-2 (Melkweg-2) – een supercomputer met een rekenkracht van 33,86 PFLOPS, gebouwd door NUDT () in China. Sinds juni 2013

tot juni 2016 was het de snelste supercomputer ter wereld.

3. Piz Daint - een ontwerp ontwikkeld door Cray, geïnstalleerd in het Swiss National Supercomputing Center (). Het is onlangs geüpgraded - Nvidia Tesla K20X-accelerators zijn vervangen door nieuwe, Tesla P100, waardoor de rekenkracht in de zomer van 2017 kon worden verhoogd van 9,8 naar 19,6 PFLOPS.

4. Gyokou is een supercomputer ontwikkeld door ExaScaler en PEZY Computing. Gevestigd bij het Japan Agency for Marine Science and Technology (JAMSTEC) Yokohama Institute of Geosciences; op dezelfde verdieping als de Earth-simulator. Vermogen: 19,14 PFLOPS.

5. Titanium – een supercomputer met een rekenkracht van 17,59 PFLOPS vervaardigd door Cray Inc. en gelanceerd in oktober 2012 in het Oak Ridge National Laboratory in de VS. Van november 2012 tot juni 2013 was Titan de snelste supercomputer ter wereld. Het staat momenteel op de vijfde plaats, maar is nog steeds de snelste supercomputer in de Verenigde Staten.

Ze strijden ook om de suprematie op kwantumgebied

IBM denkt dat er de komende vijf jaar geen supercomputers op basis van traditionele siliciumchips zullen komen, maar . Volgens de onderzoekers van het bedrijf begint de industrie nog maar net te begrijpen hoe kwantumcomputers kunnen worden gebruikt. Verwacht wordt dat ingenieurs over slechts vijf jaar de eerste grote toepassingen voor deze machines zullen ontdekken.

Kwantumcomputers gebruiken een rekeneenheid genaamd een el. Conventionele halfgeleiders vertegenwoordigen informatie als reeksen van 1s en 0s, maar qubits vertonen kwantumeigenschappen en kunnen tegelijkertijd berekenen als 1s en 0s. Dit betekent dat twee qubits tegelijkertijd de reeksen 1-0, 1-1, 0-1 kunnen vertegenwoordigen. ., 0-0. De rekenkracht groeit exponentieel met elke qubit, dus theoretisch zou een kwantumcomputer met slechts 50 qubits meer rekenkracht kunnen hebben dan de krachtigste supercomputers ter wereld.

D-Wave Systems verkoopt al een kwantumcomputer, waarvan ze zeggen dat er twee zijn. qubits. Echter D-Wav-kopieëne(5) zijn controversieel. Hoewel sommige onderzoekers ze goed hebben gebruikt, hebben ze de klassieke computers nog steeds niet overtroffen en zijn ze alleen nuttig voor bepaalde soorten optimalisatieproblemen.

5. D-Wave-kwantumcomputers

Een paar maanden geleden demonstreerde het Quantum AI Lab van Google een nieuwe 72-qubit quantumprocessor genaamd borstelkegels (6). Het zou binnenkort ‘kwantumsuprematie’ kunnen bereiken en een klassieke supercomputer kunnen overtreffen, tenminste als het gaat om het oplossen van enkele problemen. Wanneer een kwantumprocessor tijdens bedrijf een voldoende laag foutenpercentage vertoont, kan deze efficiënter zijn dan een klassieke supercomputer voor een goed gedefinieerde IT-taak.

6. Bristlecone 72-qubit-kwantumprocessor

De volgende in de rij was de Google-processor, want in januari kondigde Intel bijvoorbeeld een eigen 49-qubit-kwantumsysteem aan, en eerder werd de 50-qubit-versie gepresenteerd door IBM. Intel-chip, Loihi, het is ook op andere manieren innovatief. Het is het eerste ‘neuromorfe’ geïntegreerde circuit dat is ontworpen om na te bootsen hoe het menselijk brein leert en begrijpt. Het is "volledig functioneel" en zal later dit jaar beschikbaar zijn voor onderzoekspartners.

Dit is echter nog maar het begin, want om met siliciummonsters om te kunnen gaan, heb je z nodig miljoenen qubits. Een team van wetenschappers van de Nederlandse Technische Universiteit in Delft hoopt dat de manier om een ​​dergelijke schaal te bereiken het gebruik van silicium in kwantumcomputers is, omdat haar leden een oplossing hebben gevonden om silicium te gebruiken om een ​​programmeerbare kwantumprocessor te creëren.

In hun onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, controleerde het Nederlandse team de spin van een enkel elektron met behulp van microgolfenergie. In silicium zou het elektron tegelijkertijd op en neer draaien, waardoor het effectief op zijn plaats werd gehouden. Toen dit eenmaal was bereikt, verbond het team twee elektronen met elkaar en programmeerde ze om kwantumalgoritmen uit te voeren.

Het is gelukt om op silicium gebaseerd te creëren twee-bits kwantumprocessor.

Dr. Tom Watson, een van de auteurs van het onderzoek, legde dit uit aan de BBC. Als Watson en zijn team erin slagen nog meer elektronen te laten samensmelten, kan dit tot een opstand leiden qubit-processorsdit zal ons een stap dichter bij de kwantumcomputers van de toekomst brengen.

- Degene die een volledig functionerende kwantumcomputer bouwt, zal de wereld regeren Manas Mukherjee van de National University of Singapore en hoofdonderzoeker bij het National Center for Quantum Technology zei dit onlangs in een interview. De race tussen de grootste technologiebedrijven en onderzoekslaboratoria concentreert zich momenteel op de zogenaamde kwantum suprematie, het punt waarop een kwantumcomputer berekeningen kan uitvoeren die verder gaan dan alles wat de meest geavanceerde computers van vandaag kunnen bieden.

De gegeven voorbeelden van de prestaties van Google, IBM en Intel geven aan dat bedrijven uit de Verenigde Staten (en dus de staat) op dit gebied domineren. Onlangs heeft de Chinese website Alibaba Cloud echter een cloud computing-platform uitgebracht op basis van een 11-qubit-processor waarmee wetenschappers nieuwe kwantumalgoritmen kunnen testen. Dit betekent dat China ook op het gebied van quantum computing-blokken zijn peren niet met as bedekt.

De inspanningen om kwantumsupercomputers te bouwen wekken echter niet alleen enthousiasme op voor nieuwe mogelijkheden, maar veroorzaken ook controverse.

Een paar maanden geleden zei Alexander Lvovsky (7) van het Russian Quantum Center, die tevens hoogleraar natuurkunde is aan de Universiteit van Calgary in Canada, tijdens de Internationale Conferentie over Quantum Technologieën in Moskou dat kwantumcomputers instrument van vernietigingzonder te creëren.

7. Professor Alexander Lvovsky

Wat bedoelde hij? Allereerst digitale veiligheid. Momenteel wordt alle gevoelige digitale informatie die via internet wordt verzonden, gecodeerd om de privacy van belanghebbenden te beschermen. We hebben al gevallen gezien waarin hackers deze gegevens konden onderscheppen door de codering te verbreken.

Volgens Lvov zal de opkomst van een kwantumcomputer de taak voor cybercriminelen alleen maar gemakkelijker maken. Geen van de vandaag de dag bekende encryptietools kan zichzelf beschermen tegen de rekenkracht van een echte kwantumcomputer.

Medische dossiers, financiële informatie en zelfs de geheimen van regeringen en militaire organisaties zouden direct beschikbaar zijn, wat zou betekenen, zoals Lvovsky opmerkt, dat nieuwe technologie de hele wereldorde zou kunnen bedreigen. Andere experts zijn van mening dat de angsten van de Russen ongegrond zijn, aangezien de creatie van een echte kwantumsupercomputer dit ook mogelijk zal maken het initiëren van kwantumcryptografie, wordt als onverwoestbaar beschouwd.

Een andere aanpak

Naast traditionele computertechnologie en de ontwikkeling van kwantumsystemen werken verschillende centra aan andere methoden om supercomputers van de toekomst te bouwen.

Het Amerikaanse bureau DARPA financiert zes centra voor alternatieve computerontwerpoplossingen. De architectuur die in moderne machines wordt gebruikt, wordt conventioneel genoemd architectuur van NeumannO, hij is al zeventig jaar oud. Defensiesteun voor universitaire onderzoekers heeft tot doel een slimmere aanpak te ontwikkelen voor het verwerken van grote hoeveelheden gegevens dan ooit tevoren.

Buffering en parallel computergebruik Hier zijn enkele voorbeelden van de nieuwe technieken waaraan deze teams werken. Een andere ADA (), wat het mogelijk maakt om de ontwikkeling van applicaties te vereenvoudigen door CPU- en geheugencomponenten met modules in één assemblage om te zetten, in plaats van te worstelen met problemen met hun verbinding op het moederbord.

Vorig jaar heeft een team van onderzoekers uit Groot-Brittannië en Rusland met succes aangetoond dat dit type "Magisch stof"waaruit ze bestaan licht en materie – uiteindelijk in “prestaties” zelfs de krachtigste supercomputers overtreffend.

Wetenschappers van de Britse universiteiten van Cambridge, Southampton en Cardiff en het Russische Skolkovo Instituut gebruikten kwantumdeeltjes die bekend staan ​​als van polaritonwat kan worden gedefinieerd als iets tussen licht en materie. Dit is een geheel nieuwe benadering van computergebruik. Volgens wetenschappers zou het de basis kunnen vormen voor een nieuw type computer, dat in staat is om momenteel lastige vragen op te lossen – op verschillende gebieden zoals biologie, financiën en ruimtevaart. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials.

Bedenk dat de huidige supercomputers slechts een klein percentage van de problemen aankunnen. Zelfs een hypothetische kwantumcomputer zou, als hij uiteindelijk gebouwd zou worden, op zijn best een kwadratische versnelling opleveren voor het oplossen van de meest complexe problemen. Ondertussen worden de polaritonen die het ‘feeënstof’ creëren gecreëerd door lagen van gallium-, arseen-, indium- en aluminiumatomen te activeren met laserstralen.

Elektronen in deze lagen absorberen en zenden licht van een specifieke kleur uit. Polaritonen zijn tienduizend keer lichter dan elektronen en kunnen voldoende dichtheden bereiken om aanleiding te geven tot een nieuwe toestand van materie die bekend staat als Bose-Einstein-condensaat (8). De kwantumfasen van polaritonen daarin zijn gesynchroniseerd en vormen een enkel macroscopisch kwantumobject dat kan worden gedetecteerd door fotoluminescentiemetingen.

8. Grafiek die het Bose-Einstein-condensaat toont

Het blijkt dat in deze specifieke toestand het polaritoncondensaat het optimalisatieprobleem dat we noemden bij het beschrijven van kwantumcomputers veel efficiënter kan oplossen dan op qubit gebaseerde processors. De auteurs van Brits-Russische studies hebben aangetoond dat naarmate polaritonen condenseren, hun kwantumfasen zich bevinden in een configuratie die overeenkomt met het absolute minimum van een complexe functie.

“We staan ​​aan het begin van het verkennen van het potentieel van polaritongrafieken voor het oplossen van complexe problemen”, schrijft co-auteur van Nature Materials, prof. Pavlos Lagoudakis, hoofd van het Hybrid Photonics Laboratory aan de Universiteit van Southampton. “We schalen ons apparaat momenteel naar honderden knooppunten terwijl we de basisverwerkingskracht testen.”

In deze experimenten uit de wereld van subtiele kwantumfasen van licht en materie lijken zelfs kwantumprocessors op de een of andere manier onhandig en stevig verbonden met de werkelijkheid. Zoals je ziet werken wetenschappers niet alleen aan de supercomputers van morgen en de auto's van overmorgen, maar zijn ze ook al bezig met het plannen van wat er overmorgen gaat gebeuren.

Op dit punt zal het bereiken van de exaschaal een behoorlijke uitdaging zijn, daarna ga je nadenken over de volgende mijlpalen op de flopschaal (9). Zoals je misschien al geraden hebt, is het simpelweg toevoegen van processors en geheugen aan de mix niet voldoende. Als we wetenschappers mogen geloven, zal het bereiken van zo'n krachtige rekenkracht ons in staat stellen de bekende problemen op te lossen, zoals het ontcijferen van kanker of het analyseren van astronomische gegevens.

9. De toekomst van supercomputing

Verbind de vraag met het antwoord

Wat is het volgende?

Bij kwantumcomputers rijzen er vragen over waarvoor ze moeten worden gebruikt. Zoals het oude gezegde luidt: computers lossen problemen op die zonder computers niet zouden bestaan. We moeten dus waarschijnlijk eerst deze futuristische supermachines bouwen. Dan ontstaan ​​er vanzelf problemen.

Op welke gebieden kunnen kwantumcomputers nuttig zijn?

Kunstmatige intelligentie. AI () werkt volgens het principe van leren door ervaring, dat steeds nauwkeuriger wordt naarmate er feedback wordt ontvangen, totdat het computerprogramma ‘slim’ wordt. Feedback is gebaseerd op berekeningen van de waarschijnlijkheid van een reeks mogelijke opties. We weten al dat Lockheed Martin bijvoorbeeld van plan is zijn D-Wave-kwantumcomputer te gebruiken om stuurautomaatsoftware te testen die momenteel te complex is voor klassieke computers, en Google gebruikt een kwantumcomputer om software te ontwikkelen die auto's van oriëntatiepunten kan onderscheiden.

Moleculaire modellering. Dankzij kwantumcomputers zal het mogelijk zijn om moleculaire interacties nauwkeurig te simuleren en optimale configuraties voor chemische reacties te vinden. Kwantumchemie is zo complex dat moderne digitale computers alleen de eenvoudigste moleculen kunnen analyseren. Chemische reacties zijn kwantumvormig van aard omdat ze sterk verstrengelde kwantumtoestanden creëren die elkaar overlappen. Volledig ontwikkelde kwantumcomputers zullen dus gemakkelijk in staat zijn zelfs de meest complexe processen te evalueren. Google heeft al werk op dit gebied: ze hebben het waterstofmolecuul gesimuleerd. Het resultaat zijn efficiëntere producten, van zonnepanelen tot medicijnen.

Cryptografie. Beveiligingssystemen zijn tegenwoordig afhankelijk van efficiënte primaire opwekking. Dit kan met digitale computers worden bereikt door naar alle mogelijke factoren te zoeken, maar de enorme hoeveelheid tijd die daarvoor nodig is, maakt het "breken van code" duur en onpraktisch. Ondertussen kunnen kwantumcomputers dit exponentieel efficiënter doen dan digitale machines, wat betekent dat de huidige beveiligingsmethoden binnenkort verouderd zullen zijn. Er zijn ook veelbelovende kwantumversleutelingsmethoden die worden ontwikkeld om te profiteren van het eenrichtingskarakter van kwantumverstrengeling. In verschillende landen zijn al stadsbrede netwerken gedemonstreerd, en Chinese wetenschappers hebben onlangs aangekondigd dat ze met succes verstrengelde fotonen van een in een baan rond de aarde draaiende 'kwantum'-satelliet naar drie afzonderlijke basisstations terug naar de aarde hebben gestuurd.

Financiële modellering. Moderne markten behoren tot de meest complexe systemen die er bestaan. Hoewel het wetenschappelijke en wiskundige apparaat voor de beschrijving en controle ervan is ontwikkeld, is de effectiviteit van dergelijke activiteiten nog steeds grotendeels onvoldoende vanwege de fundamentele verschillen in wetenschappelijke disciplines: er is geen gecontroleerde omgeving waarin experimenten kunnen worden uitgevoerd. Om dit probleem op te lossen hebben investeerders en analisten zich tot quantum computing gewend. Een direct voordeel is dat de inherente willekeur van kwantumcomputers consistent is met de stochastische aard van financiële markten. Beleggers willen vaak de verdeling van de uitkomsten over een zeer groot aantal willekeurig gegenereerde scenario's evalueren.

огноз огоды. NOAA-hoofdeconoom Rodney F. Weiher stelt dat bijna 30% van het Amerikaanse BBP ($6 biljoen) direct of indirect wordt beïnvloed door het weer. voor voedselproductie, transport en detailhandel. Het vermogen om aura beter te voorspellen zou dus op veel gebieden zeer nuttig zijn, om nog maar te zwijgen van de langere tijd die beschikbaar is voor bescherming tegen natuurrampen. De Britse nationale weerafdeling, het Met Office, is al begonnen met investeren in dergelijke innovaties om tegemoet te komen aan de behoeften op het gebied van kracht en schaalbaarheid waarmee het vanaf 2020 te maken zal krijgen, en heeft een rapport gepubliceerd over zijn eigen exascale computerbehoeften.

Deeltjesfysica. Deeltjesfysica-modellen zijn vaak uiterst complexe, ingewikkelde oplossingen die veel rekentijd vergen om numeriek te simuleren. Dit maakt ze ideaal voor quantum computing, en wetenschappers hebben er al van geprofiteerd. Onderzoekers van de Universiteit van Innsbruck en het Instituut voor Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) hebben onlangs een programmeerbaar kwantumsysteem gebruikt om deze simulaties uit te voeren. Volgens het artikel in Nature gebruikte het team een ​​eenvoudige versie van een kwantumcomputer waarin ionen logische bewerkingen uitvoerden, de basisstappen van elke computerberekening. De simulatie toonde volledige overeenstemming met echte experimenten van de beschreven fysica. zegt theoretisch natuurkundige Peter Zoller. –