Cakrawala yang pertama - dan seterusnya ...

Di satu sisi, mereka harus membantu kita mengalahkan kanker, memprediksi cuaca secara akurat, dan menguasai fusi nuklir. Di sisi lain, ada ketakutan bahwa mereka akan menyebabkan kehancuran global atau memperbudak umat manusia. Namun, pada saat ini, monster komputasional masih tidak dapat melakukan kebaikan besar dan kejahatan universal pada saat yang bersamaan.

Di tahun 60-an, komputer paling efisien memiliki kekuatan megaflop (jutaan operasi floating point per detik). Komputer pertama dengan kekuatan pemrosesan atas 1 GFLOPS (gigaflops) adalah Krai 2, diproduksi oleh Cray Research pada tahun 1985. Model pertama dengan kekuatan pemrosesan di atas 1 TFLOPS (teraflops) adalah ASCI Merah, dibuat oleh Intel pada tahun 1997. Daya 1 PFLOPS (petaflops) tercapai Roadrunner, dirilis oleh IBM pada tahun 2008.

Rekor daya komputasi saat ini dimiliki oleh Sunway TaihuLight China dan 9 PFLOPS.

Meskipun, seperti yang Anda lihat, mesin paling kuat belum mencapai ratusan petaflops, semakin banyak sistem exascaledi mana kekuatan harus diperhitungkan exaflopsach (EFLOPS), yaitu sekitar lebih dari 1018 operasi per detik. Namun, struktur seperti itu masih hanya pada tahap proyek dengan berbagai tingkat kecanggihan.

PENGURANGAN (, operasi floating point per detik) adalah unit daya komputasi yang digunakan terutama dalam aplikasi ilmiah. Ini lebih fleksibel daripada blok MIPS yang digunakan sebelumnya, yang berarti jumlah instruksi prosesor per detik. Flop bukanlah SI, tetapi dapat diartikan sebagai satuan 1/s.

Anda membutuhkan exascale untuk kanker

Sebuah exaflops, atau seribu petaflops, lebih dari XNUMX superkomputer teratas yang digabungkan. Para ilmuwan berharap mesin generasi baru dengan kekuatan seperti itu akan membawa terobosan di berbagai bidang.

Kekuatan pemrosesan Exascale yang dikombinasikan dengan teknologi pembelajaran mesin yang berkembang pesat akan membantu, misalnya, akhirnya memecahkan kode kanker. Jumlah data yang harus dimiliki dokter untuk mendiagnosis dan mengobati kanker sangat besar sehingga sulit bagi komputer biasa untuk menangani tugas tersebut. Dalam studi biopsi tumor tunggal yang khas, lebih dari 8 juta pengukuran dilakukan, di mana dokter menganalisis perilaku tumor, responsnya terhadap pengobatan farmakologis, dan efeknya pada tubuh pasien. Ini adalah lautan data yang sebenarnya.

kata Rick Stevens dari Laboratorium Argonne Departemen Energi AS (DOE). -

Menggabungkan penelitian medis dengan kekuatan komputasi, para ilmuwan bekerja untuk CANDLE sistem jaringan saraf (). Ini memungkinkan Anda untuk memprediksi dan mengembangkan rencana perawatan yang disesuaikan dengan kebutuhan individu setiap pasien. Ini akan membantu para ilmuwan memahami dasar molekuler dari interaksi protein utama, mengembangkan model respons obat prediktif, dan menyarankan strategi pengobatan yang optimal. Argonne percaya bahwa sistem exascale akan mampu menjalankan aplikasi CANDLE 50 hingga 100 kali lebih cepat daripada supermachines paling kuat yang dikenal saat ini.

Oleh karena itu, kami menantikan kemunculan superkomputer exascale. Namun, versi pertama belum tentu muncul di AS. Tentu saja, AS sedang berlomba untuk menciptakannya, dan pemerintah lokal dalam sebuah proyek yang dikenal sebagai Aurora bekerja sama dengan AMD, IBM, Intel dan Nvidia, berusaha untuk mengungguli pesaing asing. Namun, ini tidak diharapkan terjadi sebelum 2021. Sementara itu, pada Januari 2017, para ahli China mengumumkan pembuatan prototipe exascale. Model unit komputasi semacam ini yang berfungsi penuh adalah − Tianhe-3 - namun, kecil kemungkinannya akan siap dalam beberapa tahun mendatang.

Orang Cina berpegangan erat

Faktanya adalah bahwa sejak 2013, perkembangan Cina telah menduduki puncak daftar komputer paling kuat di dunia. Dia mendominasi selama bertahun-tahun Tianhe-2dan sekarang telapak tangan itu milik yang disebutkan Sunway TaihuLight. Diyakini bahwa dua mesin paling kuat di Kerajaan Tengah ini jauh lebih kuat daripada dua puluh satu superkomputer di Departemen Energi AS.

Ilmuwan Amerika, tentu saja, ingin mendapatkan kembali posisi terdepan yang mereka pegang lima tahun lalu, dan sedang mengerjakan sistem yang memungkinkan mereka melakukan ini. Itu sedang dibangun di Laboratorium Nasional Oak Ridge di Tennessee. Puncak (2), superkomputer dijadwalkan untuk commissioning akhir tahun ini. Ini melampaui kekuatan Sunway TaihuLight. Ini akan digunakan untuk menguji dan mengembangkan bahan baru yang lebih kuat dan lebih ringan, untuk mensimulasikan interior Bumi menggunakan gelombang akustik, dan untuk mendukung proyek astrofisika yang menyelidiki asal usul alam semesta.

2. Rencana tata ruang superkomputer Summit

Di Laboratorium Nasional Argonne yang disebutkan, para ilmuwan segera berencana untuk membangun perangkat yang lebih cepat. Dikenal sebagai A21Performanya diperkirakan mencapai 200 petaflops.

Jepang juga mengambil bagian dalam perlombaan superkomputer. Meskipun baru-baru ini agak dibayangi oleh persaingan AS-China, negara inilah yang berencana untuk meluncurkan sistem ABKI (), menawarkan kekuatan 130 petaflops. Orang Jepang berharap superkomputer seperti itu bisa digunakan untuk mengembangkan AI (kecerdasan buatan) atau deep learning.

Sementara itu, Parlemen Eropa baru saja memutuskan untuk membangun superkomputer UE miliar euro. Monster komputasi ini akan memulai pekerjaannya untuk pusat penelitian di benua kita pada pergantian tahun 2022 dan 2023. Mesin akan dibangun di dalam Proyek EuroGPCdan pembangunannya akan dibiayai oleh Negara Anggota – jadi Polandia juga akan berpartisipasi dalam proyek ini. Kekuatan prediksinya biasanya disebut sebagai "pre-exascale".

Sejauh ini, menurut peringkat 2017, dari lima ratus superkomputer tercepat di dunia, China memiliki 202 mesin seperti itu (40%), sementara Amerika menguasai 144 (29%).

China juga menggunakan 35% dari daya komputasi dunia dibandingkan dengan 30% di AS. Negara berikutnya dengan superkomputer terbanyak dalam daftar adalah Jepang (35 sistem), Jerman (20), Prancis (18) dan Inggris (15). Perlu dicatat bahwa, terlepas dari negara asalnya, kelima ratus superkomputer paling kuat menggunakan versi Linux yang berbeda ...

Mereka mendesain sendiri

Superkomputer sudah menjadi alat yang berharga yang mendukung industri sains dan teknologi. Mereka memungkinkan peneliti dan insinyur untuk membuat kemajuan yang stabil (dan kadang-kadang bahkan lompatan besar ke depan) di berbagai bidang seperti biologi, prakiraan cuaca dan iklim, astrofisika, dan senjata nuklir.

Sisanya tergantung pada kekuatan mereka. Selama dekade berikutnya, penggunaan superkomputer dapat secara signifikan mengubah situasi ekonomi, militer, dan geopolitik negara-negara yang memiliki akses ke jenis infrastruktur mutakhir ini.

Kemajuan di bidang ini begitu cepat sehingga desain generasi baru mikroprosesor telah menjadi terlalu sulit bahkan untuk banyak sumber daya manusia. Untuk alasan ini, perangkat lunak komputer canggih dan superkomputer semakin memainkan peran utama dalam pengembangan komputer, termasuk yang memiliki awalan "super".

3. Superkomputer Jepang

Perusahaan farmasi akan segera dapat beroperasi penuh berkat komputasi kekuatan super memproses sejumlah besar genom manusia, hewan dan tumbuhan yang akan membantu menciptakan obat dan pengobatan baru untuk berbagai penyakit.

Alasan lain (sebenarnya salah satu yang utama) mengapa pemerintah berinvestasi begitu banyak dalam pengembangan superkomputer. Kendaraan yang lebih efisien akan membantu para pemimpin militer masa depan mengembangkan strategi tempur yang jelas dalam situasi pertempuran apa pun, memungkinkan pengembangan sistem senjata yang lebih efektif, dan mendukung lembaga penegak hukum dan intelijen dalam mengidentifikasi potensi ancaman sebelumnya.

Tidak cukup daya untuk simulasi otak

Superkomputer baru akan membantu menguraikan superkomputer alami yang kita kenal sejak lama - otak manusia.

Sebuah tim ilmuwan internasional baru-baru ini mengembangkan algoritma yang mewakili langkah baru yang penting dalam pemodelan koneksi saraf otak. Baru TIDAK ADA algoritma, yang dijelaskan dalam makalah akses terbuka yang diterbitkan di Frontiers in Neuroinformatics, diharapkan dapat mensimulasikan 100 miliar neuron otak manusia yang saling terhubung pada superkomputer. Para ilmuwan dari pusat penelitian Jerman Jülich, Universitas Ilmu Hayati Norwegia, Universitas Aachen, Institut RIKEN Jepang dan Institut Teknologi Kerajaan KTH di Stockholm terlibat dalam pekerjaan tersebut.

Sejak 2014, simulasi jaringan saraf skala besar telah berjalan di superkomputer RIKEN dan JUQUEEN di Jülich Supercomputing Center di Jerman, yang mensimulasikan koneksi sekitar 1% neuron di otak manusia. Mengapa hanya begitu banyak? Bisakah superkomputer mensimulasikan seluruh otak?

Susanne Kunkel dari perusahaan Swedia KTH menjelaskan.

Selama simulasi, potensial aksi neuron (impuls listrik pendek) harus dikirim ke sekitar 100 orang. komputer kecil, yang disebut node, masing-masing dilengkapi dengan sejumlah prosesor yang melakukan perhitungan sebenarnya. Setiap node memeriksa impuls mana yang terkait dengan neuron virtual yang ada di node ini.

4. Pemodelan koneksi otak neuron, mis. kita baru di awal perjalanan (1%)

Jelas, jumlah memori komputer yang dibutuhkan oleh prosesor untuk bit tambahan per neuron meningkat dengan ukuran jaringan saraf. Untuk melampaui simulasi 1% dari seluruh otak manusia (4) akan membutuhkan XNUMX kali lebih banyak memori daripada yang tersedia di semua superkomputer saat ini. Oleh karena itu, adalah mungkin untuk berbicara tentang memperoleh simulasi seluruh otak hanya dalam konteks superkomputer exascale di masa depan. Di sinilah algoritma NEST generasi berikutnya harus bekerja.

Superkomputer TOP-5 dunia

1. Sanway Taihu Light – Superkomputer 93 PFLOPS diluncurkan pada tahun 2016 di Wuxi, Tiongkok. Sejak Juni 2016, ia menduduki puncak daftar TOP500 superkomputer dengan daya komputasi tertinggi di dunia.

2. Tianhe-2 (Bima Sakti-2) adalah superkomputer dengan daya komputasi 33,86 PFLOPS yang dibangun oleh NUDT () di Cina. Sejak Juni 2013

hingga Juni 2016, itu adalah superkomputer tercepat di dunia.

3. Pease Dynt - desain yang dikembangkan oleh Cray, dipasang di Swiss National Supercomputing Center (). Baru-baru ini ditingkatkan - akselerator Nvidia Tesla K20X diganti dengan yang baru, Tesla P100, yang memungkinkan untuk meningkatkan daya komputasi dari 2017 menjadi 9,8 PFLOPS pada musim panas 19,6.

4. Gyoko adalah superkomputer yang dikembangkan oleh ExaScaler dan PEZY Computing. Terletak di Japan Agency for Marine Science and Technology (JAMSTEC) dari Yokohama Institute of Geosciences; di lantai yang sama dengan simulator Bumi. Kekuatan: 19,14 PFLOP.

5. Titan adalah superkomputer 17,59 PFLOPS yang diproduksi oleh Cray Inc. dan diluncurkan pada Oktober 2012 di Laboratorium Nasional Oak Ridge di Amerika Serikat. Dari November 2012 hingga Juni 2013, Titan adalah superkomputer tercepat di dunia. Saat ini berada di posisi kelima, tetapi masih menjadi superkomputer tercepat di AS.

Mereka juga bersaing untuk mendapatkan supremasi dalam kuantum

IBM percaya bahwa dalam lima tahun ke depan, bukan superkomputer berdasarkan chip silikon tradisional, tetapi akan mulai mengudara. Industri baru mulai memahami bagaimana komputer kuantum dapat digunakan, menurut para peneliti perusahaan. Insinyur diharapkan menemukan aplikasi utama pertama untuk mesin ini hanya dalam lima tahun.

Komputer kuantum menggunakan unit komputasi yang disebut kubitem. Semikonduktor biasa mewakili informasi dalam bentuk urutan 1 dan 0, sedangkan qubit menunjukkan sifat kuantum dan secara bersamaan dapat melakukan perhitungan sebagai 1 dan 0. Ini berarti bahwa dua qubit secara bersamaan dapat mewakili urutan 1-0, 1-1, 0-1 . ., 0-0. Kekuatan komputasi tumbuh secara eksponensial dengan setiap qubit, jadi secara teoritis komputer kuantum dengan hanya 50 qubit dapat memiliki kekuatan pemrosesan lebih besar daripada superkomputer paling kuat di dunia.

D-Wave Systems sudah menjual komputer kuantum, yang katanya ada 2. qubit. Namun salinan D-Wave(5) bisa diperdebatkan. Meskipun beberapa peneliti telah menggunakannya dengan baik, mereka masih belum mengungguli komputer klasik dan hanya berguna untuk kelas tertentu dari masalah optimasi.

5. Komputer kuantum D-Wave

Beberapa bulan yang lalu, Google Quantum AI Lab memamerkan prosesor kuantum 72-qubit baru yang disebut kerucut bulu (6). Ini mungkin akan segera mencapai "supremasi kuantum" dengan melampaui superkomputer klasik, setidaknya dalam hal memecahkan beberapa masalah. Ketika prosesor kuantum menunjukkan tingkat kesalahan yang cukup rendah dalam operasi, itu bisa lebih efisien daripada superkomputer klasik dengan tugas TI yang terdefinisi dengan baik.

6. Prosesor kuantum 72-qubit Bristlecone

Berikutnya adalah prosesor Google, karena pada bulan Januari, misalnya, Intel mengumumkan sistem kuantum 49-qubitnya sendiri, dan sebelumnya IBM memperkenalkan versi 50-qubit. chip intel, Loihi, itu juga inovatif dengan cara lain. Ini adalah sirkuit terintegrasi "neuromorfik" pertama yang dirancang untuk meniru bagaimana otak manusia belajar dan memahami. Ini "berfungsi penuh" dan akan tersedia untuk mitra penelitian akhir tahun ini.

Namun, ini baru permulaan, karena untuk dapat menghadapi monster silikon, Anda memerlukan z jutaan qubit. Sekelompok ilmuwan di Universitas Teknik Belanda di Delft berharap cara untuk mencapai skala tersebut adalah dengan menggunakan silikon di komputer kuantum, karena anggota mereka telah menemukan solusi bagaimana menggunakan silikon untuk membuat prosesor kuantum yang dapat diprogram.

Dalam studi mereka, yang diterbitkan dalam jurnal Nature, tim Belanda mengontrol rotasi satu elektron menggunakan energi gelombang mikro. Dalam silikon, elektron akan berputar ke atas dan ke bawah pada saat yang sama, secara efektif menahannya di tempatnya. Setelah itu tercapai, tim menghubungkan dua elektron bersama dan memprogramnya untuk menjalankan algoritme kuantum.

Itu mungkin untuk membuat atas dasar silikon prosesor kuantum dua bit.

Dr Tom Watson, salah satu penulis studi tersebut, menjelaskan kepada BBC. Jika Watson dan timnya berhasil menggabungkan lebih banyak elektron, itu bisa menyebabkan pemberontakan. prosesor qubitini akan membawa kita selangkah lebih dekat ke komputer kuantum masa depan.

- Siapa pun yang membangun komputer kuantum yang berfungsi penuh akan menguasai dunia Manas Mukherjee dari National University of Singapore dan peneliti utama di National Centre for Quantum Technology baru-baru ini mengatakan dalam sebuah wawancara. Perlombaan antara perusahaan teknologi terbesar dan laboratorium penelitian saat ini difokuskan pada apa yang disebut supremasi kuantum, titik di mana komputer kuantum dapat melakukan perhitungan melebihi apa pun yang dapat ditawarkan oleh komputer modern paling canggih.

Contoh pencapaian Google, IBM, dan Intel di atas menunjukkan bahwa perusahaan-perusahaan dari Amerika Serikat (dan karenanya negara bagian) mendominasi di bidang ini. Namun, Alibaba Cloud China baru-baru ini merilis platform komputasi awan berbasis prosesor 11-qubit yang memungkinkan para ilmuwan menguji algoritme kuantum baru. Ini berarti bahwa Cina di bidang blok komputasi kuantum juga tidak menutupi pir dengan abu.

Namun, upaya untuk membuat superkomputer kuantum tidak hanya antusias dengan kemungkinan baru, tetapi juga menimbulkan kontroversi.

Beberapa bulan yang lalu, selama Konferensi Internasional tentang Teknologi Quantum di Moskow, Alexander Lvovsky (7) dari Pusat Quantum Rusia, yang juga seorang profesor fisika di Universitas Calgary di Kanada, mengatakan bahwa komputer kuantum alat pemusnahtanpa menciptakan.

7. Profesor Alexander Lvovsky

Apa yang dia maksud? Pertama-tama, keamanan digital. Saat ini, semua informasi digital sensitif yang dikirimkan melalui Internet dienkripsi untuk melindungi privasi pihak yang berkepentingan. Kami telah melihat kasus di mana peretas dapat mencegat data ini dengan memecahkan enkripsi.

Menurut Lvov, kemunculan komputer kuantum hanya akan memudahkan para penjahat siber. Tidak ada alat enkripsi yang dikenal saat ini yang dapat melindungi dirinya dari kekuatan pemrosesan komputer kuantum nyata.

Catatan medis, informasi keuangan, dan bahkan rahasia pemerintah dan organisasi militer akan tersedia dalam satu wadah, yang berarti, sebagaimana dicatat Lvovsky, bahwa teknologi baru dapat mengancam seluruh tatanan dunia. Pakar lain percaya bahwa ketakutan Rusia tidak berdasar, karena penciptaan superkomputer kuantum nyata juga akan memungkinkan memulai kriptografi kuantum, dianggap tidak dapat dihancurkan.

Pendekatan lain

Selain teknologi komputer tradisional dan pengembangan sistem kuantum, berbagai pusat sedang mengerjakan metode lain untuk membangun superkomputer masa depan.

Badan Amerika DARPA mendanai enam pusat untuk solusi desain komputer alternatif. Arsitektur yang digunakan pada mesin modern secara konvensional disebut arsitektur von NeumannOh, dia sudah berusia tujuh puluh tahun. Dukungan organisasi pertahanan untuk peneliti universitas bertujuan untuk mengembangkan pendekatan yang lebih cerdas untuk menangani sejumlah besar data daripada sebelumnya.

Buffering dan komputasi paralel Berikut adalah beberapa contoh metode baru yang sedang dikerjakan tim ini. Lain ADA (), yang membuatnya lebih mudah untuk mengembangkan aplikasi dengan mengubah komponen CPU dan memori dengan modul menjadi satu rakitan, daripada berurusan dengan masalah koneksi mereka di motherboard.

Tahun lalu, tim peneliti dari Inggris dan Rusia berhasil mendemonstrasikan bahwa tipe "Debu Ajaib"dari mana mereka terdiri cahaya dan materi - pada akhirnya unggul dalam "kinerja" bahkan untuk superkomputer yang paling kuat sekalipun.

Para ilmuwan dari universitas Inggris di Cambridge, Southampton dan Cardiff dan Institut Skolkovo Rusia telah menggunakan partikel kuantum yang dikenal sebagai polaritonyang dapat didefinisikan sebagai sesuatu antara cahaya dan materi. Ini adalah pendekatan yang sama sekali baru untuk komputasi komputer. Menurut para ilmuwan, ini dapat membentuk dasar dari jenis komputer baru yang mampu memecahkan pertanyaan yang saat ini tidak dapat dipecahkan - di berbagai bidang, seperti biologi, keuangan, dan perjalanan ruang angkasa. Hasil penelitian ini dipublikasikan di jurnal Nature Materials.

Ingatlah bahwa superkomputer saat ini hanya dapat menangani sebagian kecil dari masalah. Bahkan komputer kuantum hipotetis, jika akhirnya dibuat, paling banter akan memberikan percepatan kuadrat untuk memecahkan masalah yang paling kompleks. Sementara itu, polariton yang menciptakan "debu peri" dibuat dengan mengaktifkan lapisan atom galium, arsenik, indium, dan aluminium dengan sinar laser.

Elektron pada lapisan ini menyerap dan memancarkan cahaya dengan warna tertentu. Polariton sepuluh ribu kali lebih ringan dari elektron dan dapat mencapai kerapatan yang cukup untuk menimbulkan keadaan materi baru yang dikenal sebagai: Kondensat Bose-Einstein (delapan). Fase kuantum polariton di dalamnya disinkronkan dan membentuk objek kuantum makroskopik tunggal, yang dapat dideteksi dengan pengukuran fotoluminesensi.

8. Plot yang menunjukkan kondensat Bose-Einstein

Ternyata dalam keadaan khusus ini, kondensat polariton dapat memecahkan masalah pengoptimalan yang kami sebutkan saat menjelaskan komputer kuantum jauh lebih efisien daripada prosesor berbasis qubit. Penulis studi Inggris-Rusia telah menunjukkan bahwa sebagai polariton memadat, fase kuantum mereka diatur dalam konfigurasi yang sesuai dengan minimum absolut dari fungsi kompleks.

“Kami berada di awal mengeksplorasi potensi plot polariton untuk memecahkan masalah yang kompleks,” tulis rekan penulis Nature Materials, Prof. Pavlos Lagoudakis, Kepala Laboratorium Fotonik Hibrida di Universitas Southampton. “Kami saat ini menskalakan perangkat kami ke ratusan node sambil menguji kekuatan pemrosesan yang mendasarinya.”

Dalam eksperimen dari dunia fase kuantum halus cahaya dan materi ini, bahkan prosesor kuantum tampaknya menjadi sesuatu yang kikuk dan terhubung erat dengan kenyataan. Seperti yang Anda lihat, para ilmuwan tidak hanya mengerjakan superkomputer masa depan dan mesin-mesin lusa, tetapi mereka sudah merencanakan apa yang akan terjadi lusa.

Pada titik ini mencapai exascale akan menjadi tantangan yang cukup berat, kemudian Anda akan memikirkan pencapaian selanjutnya pada skala flop (9). Seperti yang mungkin sudah Anda duga, menambahkan prosesor dan memori saja tidak cukup. Jika para ilmuwan dapat dipercaya, mencapai kekuatan komputasi yang begitu kuat akan memungkinkan kita untuk memecahkan megaproblem yang kita ketahui, seperti menguraikan kanker atau menganalisis data astronomi.

9. Masa depan superkomputer

Cocokkan pertanyaan dengan jawaban

Apa selanjutnya?

Nah, dalam kasus komputer kuantum, muncul pertanyaan untuk apa mereka harus digunakan. Menurut pepatah lama, komputer memecahkan masalah yang tidak akan ada tanpa mereka. Jadi kita mungkin harus membangun mesin super futuristik ini terlebih dahulu. Maka masalah akan muncul dengan sendirinya.

Di bidang apa komputer kuantum dapat berguna?

Kecerdasan buatan. AI () bekerja berdasarkan prinsip belajar melalui pengalaman, yang menjadi semakin akurat saat umpan balik diterima dan hingga program komputer menjadi "pintar". Umpan balik didasarkan pada perhitungan probabilitas sejumlah opsi yang mungkin. Kita sudah tahu bahwa Lockheed Martin, misalnya, berencana menggunakan komputer kuantum D-Wave untuk menguji perangkat lunak autopilot yang saat ini terlalu rumit untuk komputer klasik, dan Google menggunakan komputer kuantum untuk mengembangkan perangkat lunak yang dapat membedakan mobil dari landmark. .

Pemodelan molekul. Berkat komputer kuantum, dimungkinkan untuk secara akurat memodelkan interaksi molekuler, mencari konfigurasi optimal untuk reaksi kimia. Kimia kuantum begitu kompleks sehingga komputer digital modern hanya dapat menganalisis molekul paling sederhana. Reaksi kimia bersifat kuantum karena mereka menciptakan keadaan kuantum yang sangat terjerat yang saling tumpang tindih, sehingga komputer kuantum yang dikembangkan sepenuhnya dapat dengan mudah mengevaluasi bahkan proses yang paling kompleks sekalipun. Google sudah memiliki perkembangan di bidang ini - mereka telah membuat model molekul hidrogen. Hasilnya akan produk yang lebih efisien, dari panel surya hingga obat-obatan.

Kriptografi. Sistem keamanan saat ini bergantung pada generasi primer yang efisien. Hal ini dapat dicapai dengan komputer digital dengan mencari setiap faktor yang mungkin, tetapi banyaknya waktu yang diperlukan untuk melakukannya membuat "pemecahan kode" menjadi mahal dan tidak praktis. Sementara itu, komputer kuantum dapat melakukan ini secara eksponensial, lebih efisien daripada mesin digital, yang berarti bahwa metode keamanan saat ini akan segera menjadi usang. Ada juga metode enkripsi kuantum yang menjanjikan yang sedang dikembangkan untuk memanfaatkan sifat keterikatan kuantum searah. Jaringan di seluruh kota telah didemonstrasikan di beberapa negara, dan ilmuwan China baru-baru ini mengumumkan bahwa mereka berhasil mengirim foton terjerat dari satelit "kuantum" yang mengorbit ke tiga stasiun pangkalan terpisah kembali ke Bumi.

Pemodelan keuangan. Pasar modern adalah salah satu sistem paling kompleks yang ada. Meskipun peralatan ilmiah dan matematis untuk deskripsi dan kontrolnya telah dikembangkan, efektivitas kegiatan tersebut sebagian besar masih tidak mencukupi karena perbedaan mendasar antara disiplin ilmu: tidak ada lingkungan yang terkendali di mana eksperimen dapat dilakukan. Untuk mengatasi masalah ini, investor dan analis telah beralih ke komputasi kuantum. Satu keuntungan langsung adalah bahwa keacakan yang melekat pada komputer kuantum konsisten dengan sifat stokastik pasar keuangan. Investor sering ingin mengevaluasi distribusi hasil dalam sejumlah besar skenario yang dibuat secara acak.

огноз огоды. Kepala Ekonom NOAA Rodney F. Weiher mengklaim bahwa hampir 30% dari PDB AS ($6 triliun) secara langsung atau tidak langsung bergantung pada cuaca. untuk produksi pangan, transportasi dan eceran. Dengan demikian, kemampuan memprediksi aura dengan lebih baik akan sangat berguna di banyak daerah, belum lagi alokasi waktu yang lebih lama untuk perlindungan bencana alam. Badan meteorologi nasional Inggris, Met Office, telah mulai berinvestasi dalam inovasi semacam itu untuk memenuhi kebutuhan daya dan skalabilitas yang harus dihadapi mulai tahun 2020 dan seterusnya, dan telah menerbitkan laporan tentang kebutuhan komputasi exascale-nya sendiri.

Fisika Partikel. Model fisika partikel padat seringkali sangat kompleks, solusi rumit yang membutuhkan banyak waktu komputasi untuk simulasi numerik. Ini membuatnya ideal untuk komputasi kuantum, dan para ilmuwan telah memanfaatkannya. Para peneliti di University of Innsbruck dan Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) baru-baru ini menggunakan sistem kuantum yang dapat diprogram untuk melakukan simulasi ini. Menurut sebuah publikasi di Nature, kelompok tersebut menggunakan versi sederhana dari komputer kuantum di mana ion melakukan operasi logis, langkah dasar perhitungan komputer mana pun. Simulasi menunjukkan persetujuan lengkap dengan eksperimen nyata dari fisika yang dijelaskan. kata fisikawan teoretis Peter Zoller. -