Računalništvo je v zadnjih nekaj desetletjih napredovalo neverjetno daleč. Smo sredi tehnološke revolucije, stroji pa postajajo iz leta v leto naprednejši. Dva posebej napredna izuma, superračunalnik in kvantni računalnik, imata množico aplikacij in potencial. Toda kakšna je razlika med superračunalnikom in kvantnim računalnikom in kateri je boljši?
Kaj je superračunalnik?
Superračunalniki so ogromni sistemi ki se lahko raztezajo po velikosti cele sobe. Ti stroji niso videti prav nič podobni tipičnim namiznim ali prenosnim računalnikom. Namesto tega so superračunalniki sestavljeni iz velikih skupin procesorjev, ki vsi sodelujejo pri doseganju določenega cilja.
Superračunalniki so se prvič pojavili v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je bila ustanovljena družba CDC (Control Data Corporation) 6600. Ta velja za prvi superračunalnik v zgodovini in je bil približno desetkrat močnejši od takratnih standardnih računalnikov. Toda stvari so od takrat šle zelo daleč.
Današnji superračunalniki so milo rečeno izjemno zmogljivi. Je pa seveda vse to relativno. CDC 6600 je bil fenomen v računalništvu, vendar danes ne bi veljal za nič posebnega. Navsezadnje je trajalo le pol desetletja, da ga je zasenčil CDC 7600. Torej imejte to v mislih, ko razmišljate o moči današnjih superračunalnikov.
Tako kot vaš osebni računalnik lahko tudi superračunalniki obdelujejo in shranjujejo podatke, vendar gredo veliko dlje od tega. Ti stroji lahko izvajajo neverjetno zapletene izračune in simulacije, ki jih ljudje ali računalniki, ki jih vsi uporabljamo v vsakdanjem življenju, nikoli ne bi mogli doseči. Prav tako lahko hitro izvedejo procese, za katere navaden računalnik lahko potrebuje mesece ali leta.
Na primer, sodoben superračunalnik bi lahko napovedal rezultat jedrske eksplozije, izdelal zelo zapletene modele možganov in celo izvajal simulacije izvora vesolja. Zmogljivosti teh strojev so nekoliko osupljive in so se izkazale za koristne v vrsti različnih panog.
Toda v svojem bistvu imajo superračunalniki enake matice in vijake kot navadni računalniki. Razlika je v tem, da so ti računalniki ogromni in jih sestavlja več tisoč ali sto tisoč CPE (centralne procesne enote), in zato imajo veliko večjo procesorsko moč kot vaš standardni računalnik. Računalnik, ki ga uporabljate vsak dan, ima verjetno nekaj jeder procesorja, nekateri pa samo eno. Predstavljajte si torej, kaj bi lahko dosegli, če bi njegovo moč večkrat povečali.
Superračunalniki so fascinantni, vendar neverjetno dragi za izdelavo in vzdrževanje. Milijone dolarjev je mogoče vliti v en sam superračunalnik in za njihovo delovanje so potrebne ogromne količine električne energije.
In tudi ti zelo napredni stroji imajo svoje omejitve. Zlasti zmogljivosti superračunalnikov so omejene na njihovo velikost. Današnji superračunalniki so že zdaj ogromni in njihovo delovanje stane veliko denarja. Torej, večji ko postaja superračunalnik, dražji postaja.
Poleg tega superračunalniki proizvajajo ogromne količine toplote, ki jo je treba odstraniti, da se prepreči pregrevanje. Skratka, uporaba superračunalnikov je zelo drag in naporen proces. Poleg tega obstajajo nekateri problemi, ki jih superračunalniki ne morejo rešiti preprosto zato, ker so preveč zapleteni.
Vendar pa bi relativno nov igralec v računalniški igri lahko skrival sposobnost, da preseže superračunalnike in doseže tisto, česar ne morejo: kvantne računalnike.
Kaj je kvantni računalnik?
The koncept kvantnega računalništva je prvič nastal v osemdesetih letih prejšnjega stoletja. V tem času so pionirji, kot so Richard Benioff, Richard Feynman in Yuri Manin, prispevali k razvoju teorije kvantnega računalništva. Toda v tem trenutku je bilo kvantno računalništvo le ideja in nikoli ni bilo uporabljeno v resničnem okolju.
Osemnajst let pozneje, leta 1998, so Isaac Chuang, Neil Gershenfeld in Mark Kubinec ustvarili prvi kvantni računalnik. Hitrost obdelave tega računalnika je rudimentarna v primerjavi z današnjimi najnaprednejšimi kvantnimi računalniki, vendar razvoj tega prvega stroja te vrste ni bil nič drugega kot revolucionaren.
Kot lahko vidite na zgornji sliki, kvantni računalniki niso videti kot običajni računalniki. To je zato, ker delujejo na drastično različne načine. Medtem ko računalniki in superračunalniki uporabljajo binarno kodo za shranjevanje informacij, kvantni računalniki uporabljajo drobne enote, znane kot kubiti (ali kvantni biti).
Qubiti so nepredstavljivo majhni. Sestavljeni so iz še manjših kvantnih sistemov, kot so protoni in elektroni, temeljne komponente atomov. Pri kubitih je super to, da lahko obstajajo v več stanjih hkrati. Razčlenimo to.
Binarna koda je samo to, binarno. To pomeni, da lahko bit obstaja le kot ničla ali ena, kar je lahko omejujoče, ko gre za izvajanje naprednih procesov. Po drugi strani pa lahko Qubiti obstajajo hkrati v več stanjih, kar je znano kot kvantna superpozicija. Kubiti lahko dosežejo tudi kvantno prepletenost, pri kateri se pari kubitov povežejo skupaj.
Z uporabo kvantne superpozicije lahko kvantni računalniki obravnavajo več konfiguracij kubitov hkrati, zaradi česar je veliko lažje reševati zelo zapletene probleme. In s kvantno prepletenostjo lahko dva kubita obstajata v istem stanju in vplivata drug na drugega na matematično predvidljive načine. To prispeva k sposobnosti obdelave kvantnih računalnikov.
Na splošno zmožnost upoštevanja več stanj hkrati daje kvantnim računalnikom možnost reševanja izjemno zapletenih izračunov in izvajati zelo napredne simulacije.
Različna podjetja trenutno delajo na razvoju kvantnih računalnikov, vključno z IBM in Google. Na primer, glede na Novi znanstvenik, leta 2019 je Google trdil, da je njegov kvantni računalnik Sycamore po svojih zmogljivostih prekašal superračunalnik. Google je izjavil, da bi lahko Sycamore v 200 sekundah rešil izračun, za katerega bi superračunalnik potreboval 10.000 let.
A le dve leti pozneje spet, kot pravi Novi znanstvenik, je bil na Kitajskem razvit nekvantni algoritem, ki je običajnim računalnikom omogočil reševanje isti problem v samo nekaj urah, kar pomeni, da bi ga bil superračunalnik zagotovo sposoben rešiti, preveč.
Torej, nad celotnim področjem kvantnega računalništva visi velik "če". Ta tehnologija je še zelo v zgodnjih fazah in čaka jo še dolga pot, preden se lahko zanesemo nanjo kot alternativo superračunalnikom.
Kvantne računalnike je neverjetno težko zgraditi in programirati in imajo še vedno visoko stopnjo napak. Poleg tega so zaradi trenutne procesorske moči kvantnih računalnikov popolnoma neprimerni za običajne aplikacije. Posledica tega je, da mora kvantno računalništvo prestati veliko težav, preden postane zanesljiva in široko uporabljena tehnologija.
Superračunalniki so trenutno priljubljeni
Čeprav imajo kvantni računalniki potencial, da močno presežejo superračunalnike, je to še vedno v veliki meri hipotetično. Nekega dne bomo morda videli, da bo kvantno računalništvo napredovalo do točke, ko superračunalniki ne bodo več potrebni. Ni zanikati, da je bil na tem področju že dosežen velik napredek. Toda za zdaj so kvantni računalniki še vedno v zgodnjih fazah in morda bodo trajala desetletja, da postanejo mainstream.