Как технологията ще ни изненада - компютрите на бъдещето (част 1)

Обслужващ Бизнес

От няколко десетилетия наблюдаваме впечатляващ напредък в областта на информационните технологии. Компютрите стават все по-мощни - оборудване, което струваше много преди няколко години и беше с най-високо качество, днес едва ли отговаря на изискванията за средния клас. Смартфоните се произвеждат с мощност, подобна на тази на компютрите отпреди 5-6 години. Бързи чипове дори се появяват в часовниците. Всичко това е впечатляващо - но някой трябва да си зададе този въпрос: кога ще достигнем границата на развитие? Приближаваме ли се до достигането на „технологичния таван“? Как ще изглеждат компютрите на бъдещето?

Компютрите - границата на възможностите

През 60-те години на миналия век Гордън Мур, съосновател на Intel, изобретява закон, според който броят на транзисторите в системите от онова време се удвоява всяка година. Това правило по-късно е модифицирано – в днешно време се говори за удвояване на мощността на процесорите на всеки две години. Empiria показа, че законът на Мур работи почти перфектно – може да се спазва от всеки, който подобрява компютърното си оборудване на всеки няколко години. Основният двигател на развитието е миниатюризацията - тя успява да натъпче повече транзистори в по-малко пространство. Възможностите на силиция – основният материал, от който се произвеждат чиповете – бавно се изчерпват. Поради това от няколко години се използва различен подход за завинтване на производителността на процесора. Днес тактирането на компонента, изразено в гигахерци (GHz), е по-малко важно – последните силициеви сокове се изстискват с помощта на няколко ядра, интегрирани в една система, която често може да изпълнява две задачи едновременно (нишки).

В научните приложения т.нар суперкомпютри или гигантски машини, които заемат цели стаи и се нуждаят от толкова електричество, колкото малките градове. Впечатляващите изчислителни скорости - в момента най-ефективният суперкомпютър е китайският Tianhe-2 с почти 34 PFLOPS - се постига чрез сливане на стотици или дори хиляди отделни схеми. Почти всяка година се сменя лидерът в класацията TOP500, която класифицира най-бързите компютърни чудовища в света. Всяко следващо чудовище е по-голямо от предишното и използва повече електричество - така че отново възниква въпросът: къде е бариерата пред развитието? И дори ако подобряването на производителността на суперкомпютрите продължи безпрепятствено по този начин - струва ли си изобщо? Какво могат да ни дадат компютрите на бъдещето?

Компютрите на бъдещето, т.е. квантовите компютри

Една от посоките на развитие, алтернатива на класическите силициеви системи, е квантовата технология, която в момента все още е в начален стадий. Става дума за използване на необичайни явления, протичащи на субатомно - т.е. микроскопично ниво. Този малък свят има напълно различни правила от тези, които управляват нашата макроскопска реалност. Когато разглежда атомния модел, ум, свикнал с класическата физика, ще възприеме ядрото на атома-електрон като подобно на планетарна система. Това обаче не е така - оказва се, че е възможно само с определена вероятност да се определи областта, в която се намира електронът, тъй като според законите на квантовата механика той лети във всички посоки... едновременно. Интересното е, че това необичайно свойство изчезва, когато актът на наблюдение наруши тази крехка ситуация, която се нарича суперпозиция.

Започнете безплатен 30-дневен пробен период без прикачени условия!

За да обясним по-добре квантовите странности, нека се обърнем към интересен мисловен експеримент, предложен от видния физик Ервин Шрьодингер. Представете си кутия, в която поставяме котка, радиоактивен изотоп, който отделя от време на време частица радиация, бутилка отрова и брояч на Гайгер. Тези три елемента осигуряват механизъм, който освобождава токсина веднага щом се открие излъчване на радиация. Затваряме кутията и започваме да мислим. Когато гледаме кутията, не знаем дали котката е жива или е била отровена – можем само да определим шанса за едно или друго състояние. Това е, което отразява начина на мислене, характерен за класическата макроскопска физика. Но в квантово отношение трябва да разсъждавате по различен начин – в затворена кутия котката е едновременно жива и мъртва. Само като погледнете вътре, можете да направите категорична оценка. И ето как работи механиката в микроскопичния свят – квантите имат много състояния едновременно, докато не се извърши актът на наблюдението им, което е и актът на нарушаване на тяхната суперпозиция.

Учените започнаха да се чудят как да използват квантовата механика за приложения на информационните технологии. И те излязоха с идея - и ако е така, вместо в битове, базирани на потока на тока вътре в системата, информацията трябва да се съхранява в кванти, които могат да приемат много различни стойности едновременно. Класическият бит може да изразява или 1 (текущ поток) или 0 (без поток), а квантовият бит (кубит) трябва да може да представя и двете наведнъж и всички числа между тях! Имаше обаче „малък проблем“ – как можете да построите компютър, базиран на тази механика, когато всяка намеса (и дори просто наблюдение) в такава система ще унищожи невероятните способности на кванта? По този начин основното предизвикателство за учените, мечтаещи за свръхбърз компютър, беше да поддържат суперпозицията на квантите възможно най-дълго, за да могат да ги включат в сложни изчисления. Можете да прочетете повече за напредъка в тази област в статията квантови компютри.