Como computadores ópticos e quântica funciona?

Calculando a história está cheia de fracassos.

o apple III teve uma desagradável hábito de cozinhar-se na sua concha deformado. o Atari Jaguar, uma consola de jogos ‘inovadores` que tinha algumas afirmações espúrias sobre o seu desempenho, simplesmente não conseguia pegar o mercado. chip de carro-chefe Pentium da Intel projetado para aplicações de contabilidade de alto desempenho teve dificuldade com números decimais.

Mas o outro tipo de fracasso que prevalece no mundo da computação é a FLOPS medição, a longo granizado como uma comparação razoavelmente justo entre diferentes máquinas, arquitecturas e sistemas.

FLOPS é uma medida de operações de ponto flutuante por segundo. Simplificando, é o velocímetro para um sistema de computação. E está vindo a crescer exponencialmente ao longo de décadas.

Então, o que se eu lhe disser que em poucos anos, você terá um sistema sentado em sua mesa, ou na sua TV ou no seu telefone, que iria limpar o chão de supercomputadores de hoje? Incrível? Eu sou um louco? Ter um olhar para a história antes de julgar.

Video: COMPUTADOR QUÂNTICO - TUDO SOBRE

Video: Computadores quânticos, 100 milhões de x mais potentes [Inovação ²]

Supercomputador para Supermarket

A i7 recente Intel Haswell processador pode realizar cerca de 177 bilhões FLOPS (GFLOPS), que é mais rápido do que o supercomputador mais rápido nos EUA em 1994, o Sandia National Labs XP / s140 com 3.680 núcleos de computação trabalhando juntos.Assim que é a diferença entre Haswell da Intel e Ivy Bridge CPUs?Assim que é a diferença entre Haswell da Intel e Ivy Bridge CPUs?Procurando um novo computador? Aqueles comprar um novo laptop ou desktop com processador Intel precisa saber as diferenças entre a última e a mais recente geração de processadores Intel.consulte Mais informação

A PlayStation 4 pode operar em cerca de 1,8 trilhões de FLOPS graças à sua avançada Celular micro-arquitetura, e teria superou os US $ 55 milhões de ASCI Red supercomputador que liderou a liga supercomputador em todo o mundo em 1998, quase 15 anos antes do PS4 foi lançado.

IBM Watson Sistema AI tem um pico (atual) a operação de 80 TFLOPS, e isso é nada perto perto de deixá-lo para o 500 lista Top de supercomputadores de hoje, com o Tianhe-2 chinês dirigindo o Top 500 nos últimos 3 vezes consecutivas, com um desempenho de pico de 54.902 TFLOPS, ou cerca de 55 Peta-flops.

A grande questão é, onde é o próximo supercomputador computador de tamanho vai vir? E mais importante, quando estamos recebendo isso?A mais recente tecnologia de computador você tem que ver para crerA mais recente tecnologia de computador você tem que ver para crerConfira algumas das mais recentes tecnologias de computador que estão definidos para transformar o mundo da eletrônica e PCs ao longo dos próximos anos.consulte Mais informação

Another Brick in the Wall Poder

Na história recente, as forças de condução entre esses ganhos impressionantes na velocidade foram em ciência dos materiais e arquitectura design- processos de fabricação menor escala nanométrica significa que os chips podem ser mais fino, mais rápido, e despejar menos energia na forma de calor, o que os torna mais barato para ser executado.

Além disso, com o desenvolvimento de arquiteturas multi-core durante o final de 2000, muitos processadores estão agora espremido em um único chip. Esta tecnologia, combinada com a crescente maturidade dos sistemas de computação distribuída, onde muitos computadores dos podem operar como uma única máquina, significa que o Top 500 foi sempre crescendo, praticamente mantendo o ritmo com Lei famosa de Moore.

No entanto, as leis da física estão começando a ficar no caminho de todo esse crescimento, mesmo Intel está preocupado com isso, e muitos em todo o mundo estão caçando para a próxima coisa.

Video: Gato de Schrodinger e como funciona um computador quantico - Física 3

... em cerca de dez anos ou mais, veremos o colapso da Lei de Moore. Na verdade, já, vemos uma desaceleração da Lei de Moore. alimentação do computador simplesmente não pode manter o seu aumento exponencial rápida usando tecnologia de silício padrão. - Dr. Michio Kaku - 2012

O problema fundamental com o projeto de processamento atual é que os transistores estão ambos na (1) ou desligado (0). Cada vez que uma porta do transistor ‘roda, ele tem para expelir uma certa quantidade de energia para o material de que o portão é feito de que para fazer estadia‘aleta`. Como estas portas ficam cada vez menores, a relação entre a energia para usar o transistor ea energia para ‘virar` o transístor fica maior e maior, criando grandes problemas de aquecimento e de confiabilidade. Os sistemas atuais estão se aproximando - e em alguns casos superior - a densidade de calor matéria de reatores nucleares e materiais estão começando a falhar os seus designers. Esta é classicamente chamado de ‘Wall Power`.

Recentemente, alguns já começaram a pensar diferentemente sobre como executar cálculos úteis. Duas empresas, em particular, chamou a nossa atenção em termos de formas avançadas de quantum e computação óptica. D-Wave Systems e canadense Optalysys baseada no Reino Unido, que ambos têm abordagens muito diferentes para diferentes conjuntos de problemas.

Time to Change the Music

D-Wave tem um monte de imprensa ultimamente, com a sua caixa preta sinistra refrigerado a super com um interior-pico extremamente cyberpunk, contendo um nu-chip enigmática com poderes difíceis de imaginar.

Em essência, o sistema D2 tem uma abordagem completamente diferente para a resolução de problemas de forma eficaz jogando fora o livro de regras de causa e efeito. Então, que tipo de problemas é este Google / NASA / Lockheed Martin suportado gigante visando?

O Homem Rambling

Historicamente, se você quiser resolver um NP-Hard ou problema Intermediate, onde há um número extremamente elevado de possíveis soluções que têm uma ampla gama de potencial, usando ‘valores a abordagem clássica simplesmente não funciona. Tomemos por exemplo o caixeiro viajante de problemas dado n-cidades, encontrar o caminho mais curto para visitar todas as cidades uma vez. É importante notar que o TSP é um fator importante em muitos campos como a fabricação microchip, logística, e até mesmo sequenciamento de DNA,

Video: COMPUTADOR QUÂNTICO MUDARÁ O MUNDO QUE VIVEMOS! VOCÊ ESTÁ PREPARADO?

Mas todos estes problemas resumem-se a uma Process- aparentemente simples Escolha um ponto para começar a partir, gerar uma rota em torno N `coisas`, medir a distância, e se há uma rota existente que é mais curto do que isso, descartar a tentativa de rota e seguir em frente para o próximo até que não haja mais rotas para verificar.

Isso parece fácil, e para valores pequenos, é- por 3 cidades existem 3 * 2 * 1 = 6 rotas para verificar, por 7 cidades existem 7 * 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 5040, que não é muito ruim para um computador de manusear. Isto é um Fatorial sequência, e pode ser expresso como “N”, de modo que é 5040 7 !.

No entanto, pelo tempo que você ir um pouco mais longe, a 10 cidades para visitar, você precisa testar mais de 3 milhões rotas. Com o tempo você chegar a 100, o número de rotas que você precisa fazer é verificar 9 seguido por 157 dígitos. A única maneira de olhar para este tipo de funções está a utilizar um gráfico logarítmico, em que o eixo y começa em 1 (10 ^ 0), 10 (10 ^ 1), 100 (10 ^ 2), 1000 (10 ^ 3 ) e assim por diante.

Os números apenas ficar muito grande para ser capaz de razoavelmente processo em qualquer máquina que existe hoje ou pode existir usando arquiteturas de computação clássica. Mas o que D-Wave está fazendo é muito diferente.

Vesúvio emerge

O chip Vesúvio no D2 utiliza cerca de 500 ‘’ ou qubits bits quânticos para efectuar estes cálculos utilizando um método chamados Annealing Quantum. Em vez de medir cada rota de cada vez, os qubits Vesúvio são definidas em um estado de superposição (nem em nem fora, operando em conjunto, como uma espécie de campo potencial) e uma série de descrições algébricas cada vez mais complexas da solução (ou seja, uma série de Hamiltonian descrições da solução, não é uma solução em si) são aplicados ao campo de sobreposição.

Com efeito, o sistema está testando a adequação de cada solução potencial, simultaneamente, como uma bola de ‘decidir` o caminho para ir para baixo uma colina. Quando a superposição é relaxada em um estado fundamental, que estado fundamental dos qubits deve descrever a solução ideal.

Muitos questionaram o quanto de uma vantagem do sistema D-Wave dá mais de um computador convencional. Em um teste recente da plataforma contra um típico problema Saleman Viajando, que levou 30 minutos para um computador clássico, levou apenas meio segundo sobre o Vesúvio.

No entanto, para ser claro, isso nunca vai ser um sistema que você jogar Perdição diante. Alguns comentaristas estão tentando comparar este sistema altamente especializado contra um processador de propósito geral. Você seria melhor comparar um Ohio-submarino da classe com o relâmpago F35- qualquer métrica que você selecionar para um é tão inapropriado para o outro como ser inútil.

A D-Wave é clocking em várias ordens de magnitude mais rápido para seus problemas específicos em comparação com um processador padrão, e as estimativas FLOPS variar de relativamente impressionantes 420 GFLOPS a um alucinante 1,5 Peta-FLOPS (Colocá-lo no Top 10 Supercomputer lista em 2013, no momento do último protótipo público). Se qualquer coisa, esta disparidade destaca o começo do fim de FLOPS como medida universal quando aplicado a áreas problemáticas específicas.

Esta área da computação é destinada a um conjunto muito específico (e muito interessante) de problemas. É preocupante, um dos problemas neste âmbito é criptografia - especificamente Público Cryptography Key.Criptografar seu Gmail, Hotmail e outros Webmail: Veja comoCriptografar seu Gmail, Hotmail e outros Webmail: Veja comorevelações NSA de Edward Snowden trouxe choque e pavor em lares americanos, como indivíduos e famílias começaram a perceber que suas comunicações não eram tão privado como eles tinha pensado originalmente. Para acalmar parcialmente alguns ...consulte Mais informação

Felizmente implementação da D-Wave parece focada em algoritmos de otimização, e D-Wave fez algumas decisões de design (como a estrutura hierárquica peering no chip) que indicam que você não poderia usar o Vesúvio para resolver Algoritmo de Shor, que potencialmente desbloquear o Internet tanto que faria Robert Redford orgulhoso.

Maths laser

A segunda empresa em nossa lista é Optalysys. Esta empresa baseada no Reino Unido leva a computação e transforma-lo em sua cabeça usando superposição analógico de luz para executar determinadas classes de computação usando a própria natureza da luz. O vídeo abaixo demonstra alguns dos antecedentes e fundamentos do sistema Optalysys, apresentado por Prof. Heinz Wolff.

É uma mão-wavey pouco, mas, na essência, é uma caixa que vai esperançosamente um dia se sentar em sua mesa e dar apoio a computação para simulações, CAD / CAM e imagiologia médica (e talvez, apenas talvez, jogos de computador). Como o Vesúvio, não há nenhuma maneira que a solução Optalysys vai realizar tarefas de computação tradicionais, mas não é isso que ele é projetado para.

Uma maneira útil de pensar sobre este estilo de processamento óptico é pensar nele como um Graphics Processing Unit física (GPU). GPU moderna‘S usar muitos processadores de streaming em paralelo, realizando a mesma computação em diferentes dados vindos de diferentes áreas de memória. Esta arquitetura veio como um resultado natural da forma como os gráficos de computador são gerados, mas esta arquitetura massivamente paralela tem sido usado para tudo, de negociação de alta frequência, para Redes Neurais Artificiais.Conhecer seu acelerador gráfico nos mínimos detalhes Com GPU-Z [Windows]Conhecer seu acelerador gráfico nos mínimos detalhes Com GPU-Z [Windows]A unidade GPU, ou de processamento gráfico, é a parte do seu computador encarregado de lidar com gráficos. Em outras palavras, se os jogos são agitadas em seu computador ou ele não consegue lidar com configurações de alta qualidade, ...consulte Mais informação

Optalsys leva princípios similares e converte-os em um particionamento de dados torna-se físico médio de divisão de feixe, álgebra linear se torna interferência quântica, funções de estilo MapReduce tornar-se sistemas de filtragem óptica. E todas essas funções operam em constante, efetivamente instantâneo, tempo.

O dispositivo protótipo inicial usa um elemento de grade 20Hz 500 × 500 para executar Fast Fourier Transformations (basicamente, “o que frequências são apresentadas neste fluxo de entrada?”) E emitiu equivalente underwhelming de 40 GFLOPS. Desenvolvedores estão alvejando um sistema de 340 GFLOPS no próximo ano, o que, considerando o consumo de energia estimado, seria um score impressionante.

Então, onde está o meu Black Box?

o história da computação mostra-nos que o que é inicialmente a reserva de laboratórios de pesquisa e agências governamentais rapidamente faz o seu caminho em hardware consumidor. Infelizmente, a história da computação não teve de lidar com as limitações das leis da física, ainda.Uma Breve História de computadores que Mudou o MundoUma Breve História de computadores que Mudou o MundoVocê pode passar anos investigando a história do computador. Há toneladas de invenções, toneladas de livros sobre eles - e isso é antes de você começar a entrar a apontar o dedo que inevitavelmente ocorre quando ...consulte Mais informação

Pessoalmente, eu não acho que D-Wave e Optalysys vão ser as tecnologias exatas que temos em nossas mesas em 5-10 anos. Considere-se que o primeiro reconhecível “Smart Watch” foi revelado em 2000 e falhou miserably- mas a essência da tecnologia continua hoje. Da mesma forma, essas explorações em Quantum e aceleradores de computação óptica, provavelmente vai acabar como notas de rodapé ‘a próxima grande coisa`.

ciência dos materiais está afiando mais perto de computadores biológicos, usando estruturas de DNA-like para realizar operações matemáticas. Nanotecnologia e ‘Programmable Matéria` está se aproximando do ponto estavam em vez de processar‘data`, material em si vai ambos contêm, representam, e processar informações.

Tudo em tudo, é um admirável mundo novo para um cientista computacional. Onde você acha que isso é tudo vai? Vamos conversar sobre isso nos comentários!

Créditos das fotos: KL Intel Pentium A80501 por Konstantin Lanzet, Asci vermelho - tflop4m pelo Governo dos Estados Unidos - Sandia National Laboratories, DWave D2 pelo The Vancouver Sun, 128chip DWave por DWave Systems, Inc., Problema do Caixeiro Viajante por Randall Munroe (XKCD)