Η πληροφορική έχει διανύσει απίστευτα μακρύ δρόμο τις τελευταίες δεκαετίες. Βρισκόμαστε εν μέσω μιας τεχνολογικής επανάστασης, με τα μηχανήματα να γίνονται όλο και πιο προηγμένα με το χρόνο. Δύο ιδιαίτερα προηγμένες εφευρέσεις, ο υπερυπολογιστής και ο κβαντικός υπολογιστής, έχουν πολλές εφαρμογές και δυνατότητες. Ποια είναι όμως η διαφορά μεταξύ ενός υπερυπολογιστή και ενός κβαντικού υπολογιστή και ποιο είναι καλύτερο;
Τι είναι ένας υπερυπολογιστής;
Οι υπερυπολογιστές είναι τεράστια συστήματα που μπορεί να εκτείνεται σε ολόκληρα δωμάτια. Αυτά τα μηχανήματα δεν μοιάζουν καθόλου με τον τυπικό επιτραπέζιο υπολογιστή ή φορητό υπολογιστή σας. Αντίθετα, οι υπερυπολογιστές αποτελούνται από μεγάλες ομάδες επεξεργαστών, που εργάζονται όλοι μαζί για την επίτευξη ενός συγκεκριμένου στόχου.
Οι υπερυπολογιστές εμφανίστηκαν για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1960, με τη δημιουργία του CDC (Control Data Corporation) 6600. Αυτός θεωρείται ο πρώτος υπερυπολογιστής που κατασκευάστηκε ποτέ και ήταν περίπου δέκα φορές πιο ισχυρός από τους τυπικούς υπολογιστές εκείνης της εποχής. Αλλά τα πράγματα έχουν προχωρήσει πολύ από τότε.
Οι σημερινοί υπερυπολογιστές είναι τουλάχιστον εξαιρετικά ισχυροί. Αλλά, φυσικά, όλα αυτά είναι σχετικά. Το CDC 6600 ήταν ένα φαινόμενο στους υπολογιστές, αλλά δεν θα μπορούσε να θεωρηθεί τίποτα το ιδιαίτερο σήμερα. Άλλωστε, χρειάστηκε μόνο μισή δεκαετία για να ξεπεράσει το CDC 7600. Λάβετε, λοιπόν, αυτό κατά νου όταν εξετάζετε τη δύναμη των υπερυπολογιστών σήμερα.
Όπως και ο δικός σας υπολογιστής, οι υπερυπολογιστές μπορούν να επεξεργάζονται και να αποθηκεύουν δεδομένα, αλλά πηγαίνουν πολύ πιο πέρα από αυτό. Αυτά τα μηχανήματα μπορούν να εκτελέσουν απίστευτα πολύπλοκους υπολογισμούς και προσομοιώσεις που δεν θα μπορούσαν ποτέ να επιτευχθούν από τους ανθρώπους ή τους υπολογιστές που χρησιμοποιούμε όλοι στην καθημερινή μας ζωή. Μπορούν επίσης να πραγματοποιήσουν γρήγορα διαδικασίες που ένας κανονικός υπολογιστής μπορεί να πάρει μήνες ή χρόνια για να ολοκληρώσει.
Για παράδειγμα, ένας σύγχρονος υπερυπολογιστής θα μπορούσε να προβλέψει το αποτέλεσμα μιας πυρηνικής έκρηξης, να παράγει εξαιρετικά πολύπλοκα μοντέλα του εγκεφάλου, ακόμη και να πραγματοποιήσει προσομοιώσεις της προέλευσης του σύμπαντος. Οι δυνατότητες αυτών των μηχανών είναι κάπως εντυπωσιακές και έχουν αποδειχθεί χρήσιμες σε μια σειρά διαφορετικών βιομηχανιών.
Όμως, στον πυρήνα τους, οι υπερυπολογιστές έχουν τα ίδια μπουλόνια με τους κανονικούς υπολογιστές. Η διαφορά είναι ότι αυτοί οι υπολογιστές είναι τεράστιοι και αποτελούνται από χιλιάδες ή εκατοντάδες χιλιάδες CPU (κεντρικές μονάδες επεξεργασίας), και επομένως διαθέτουν πολύ υψηλότερη επεξεργαστική ισχύ από τον τυπικό υπολογιστή σας. Ο υπολογιστής που χρησιμοποιείτε καθημερινά έχει πιθανώς αρκετούς πυρήνες CPU, ενώ ορισμένοι έχουν μόνο έναν. Φανταστείτε λοιπόν τι θα μπορούσε να επιτευχθεί αν η δύναμή του αυξανόταν πολλές, πολλές φορές.
Οι υπερυπολογιστές είναι συναρπαστικοί αλλά απίστευτα ακριβοί στην κατασκευή και τη συντήρηση. Εκατομμύρια δολάρια μπορούν να χυθούν σε έναν μόνο υπερυπολογιστή και απαιτούνται τεράστιες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας για να διατηρηθούν σε λειτουργία.
Και ακόμη και αυτά τα εξαιρετικά προηγμένα μηχανήματα έχουν τους περιορισμούς τους. Ειδικότερα, οι δυνατότητες των υπερυπολογιστών περιορίζονται στο μέγεθός τους. Οι σημερινοί υπερυπολογιστές είναι ήδη τεράστια και κοστίζουν πολλά χρήματα για να λειτουργήσουν. Έτσι, όσο μεγαλύτερος γίνεται ένας υπερυπολογιστής, τόσο πιο ακριβός γίνεται.
Επιπλέον, οι υπερυπολογιστές παράγουν τεράστιες ποσότητες θερμότητας που πρέπει να αφαιρεθούν για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση. Συνολικά, η χρήση υπερυπολογιστών είναι μια πολύ ακριβή και εξαντλητική διαδικασία. Επιπλέον, υπάρχουν ορισμένα προβλήματα που οι υπερυπολογιστές δεν μπορούν να λύσουν απλώς και μόνο επειδή είναι πολύ περίπλοκοι.
Ωστόσο, ένας σχετικά νέος παίκτης στο παιχνίδι υπολογιστών θα μπορούσε να έχει την ικανότητα να ξεπεράσει τους υπερυπολογιστές και να πετύχει αυτό που δεν μπορούν: τους κβαντικούς υπολογιστές.
Τι είναι ένας Κβαντικός Υπολογιστής;
ο έννοια του κβαντικού υπολογισμού πρωτοεμφανίστηκε τη δεκαετία του 1980. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, πρωτοπόροι όπως ο Richard Benioff, ο Richard Feynman και ο Yuri Manin συνέβαλαν στην ανάπτυξη της θεωρίας των κβαντικών υπολογιστών. Αλλά σε αυτό το χρονικό σημείο, ο κβαντικός υπολογισμός ήταν απλώς μια ιδέα και δεν είχε εφαρμοστεί ποτέ σε πραγματικές συνθήκες.
Δεκαοκτώ χρόνια αργότερα, το 1998, οι Isaac Chuang, Neil Gershenfeld και Mark Kubinec δημιούργησαν τον πρώτο κβαντικό υπολογιστή. Η ταχύτητα επεξεργασίας αυτού του υπολογιστή είναι στοιχειώδης σε σύγκριση με τους πιο προηγμένους κβαντικούς υπολογιστές του σήμερα, αλλά η ανάπτυξη αυτής της πρώτης στο είδος της μηχανής δεν ήταν τίποτα λιγότερο από επαναστατική.
Όπως μπορείτε να δείτε στην παραπάνω εικόνα, οι κβαντικοί υπολογιστές δεν μοιάζουν καθόλου με τους τυπικούς υπολογιστές. Αυτό συμβαίνει γιατί λειτουργούν με δραστικά διαφορετικούς τρόπους. Ενώ οι υπολογιστές και οι υπερυπολογιστές χρησιμοποιούν δυαδικό κώδικα για την αποθήκευση πληροφοριών, οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν μικροσκοπικές μονάδες γνωστές ως qubits (ή κβαντικά bit).
Τα Qubits είναι αφάνταστα μικρά. Αποτελούνται από ακόμη μικρότερα κβαντικά συστήματα, όπως πρωτόνια και ηλεκτρόνια, τα θεμελιώδη συστατικά των ατόμων. Αυτό που είναι υπέροχο με τα qubits είναι ότι μπορούν να υπάρχουν σε πολλές καταστάσεις ταυτόχρονα. Ας το αναλύσουμε αυτό.
Δυάδικος κώδικας είναι ακριβώς αυτό, δυαδικό. Αυτό σημαίνει ότι τα bit μπορούν να υπάρχουν μόνο ως μηδέν ή ένα, κάτι που μπορεί να είναι περιοριστικό όταν πρόκειται για την εκτέλεση προηγμένων διεργασιών. Από την άλλη πλευρά, τα Qubits μπορούν να υπάρχουν ταυτόχρονα σε πολλαπλές καταστάσεις, γνωστές ως κβαντική υπέρθεση. Τα Qubits μπορούν επίσης να επιτύχουν κβαντική εμπλοκή, στην οποία ζεύγη qubit συνδέονται μεταξύ τους.
Χρησιμοποιώντας την κβαντική υπέρθεση, οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να εξετάσουν πολλαπλές διαμορφώσεις qubit ταυτόχρονα, καθιστώντας πολύ πιο εύκολη την επίλυση εξαιρετικά πολύπλοκων προβλημάτων. Και, μέσω της κβαντικής εμπλοκής, δύο qubits μπορούν να υπάρχουν στην ίδια κατάσταση και να επηρεάζουν το ένα το άλλο με μαθηματικά προβλέψιμους τρόπους. Αυτό συμβάλλει στην ικανότητα επεξεργασίας των κβαντικών υπολογιστών.
Συνολικά, η δυνατότητα εξέτασης πολλαπλών καταστάσεων ταυτόχρονα δίνει στους κβαντικούς υπολογιστές δυνατότητα επίλυσης εξαιρετικά περίπλοκων υπολογισμών και να εκτελέσετε προσομοιώσεις υψηλής τεχνολογίας.
Διάφορες εταιρείες εργάζονται επί του παρόντος για την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών, συμπεριλαμβανομένων των IBM και Google. Για παράδειγμα, σύμφωνα με Νέος Επιστήμονας, το 2019, η Google ισχυρίστηκε ότι ο κβαντικός υπολογιστής της, Sycamore, ξεπέρασε έναν υπερυπολογιστή στις δυνατότητές του. Η Google δήλωσε ότι, σε 200 δευτερόλεπτα, ο Sycamore θα μπορούσε να λύσει έναν υπολογισμό που θα χρειαζόταν ένας υπερυπολογιστής 10.000 χρόνια για να ολοκληρωθεί.
Αλλά μόλις δύο χρόνια αργότερα, και πάλι, σύμφωνα με Νέος Επιστήμονας, ένας μη κβαντικός αλγόριθμος αναπτύχθηκε στην Κίνα που κατέστησε δυνατή την επίλυση κανονικών υπολογιστών το ίδιο πρόβλημα σε λίγες μόνο ώρες, που σημαίνει ότι ένας υπερυπολογιστής θα ήταν σίγουρα ικανός να το λύσει, πολύ.
Άρα, υπάρχει ένα μεγάλο «αν» που κρέμεται σε ολόκληρο το πεδίο των κβαντικών υπολογιστών. Αυτή η τεχνολογία είναι ακόμα πολύ στα αρχικά της στάδια και έχει πολύ δρόμο να διανύσει για να μπορέσει να βασιστεί ως εναλλακτική λύση για τους υπερυπολογιστές.
Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι απίστευτα δύσκολο να κατασκευαστούν και να προγραμματιστούν και εξακολουθούν να έχουν υψηλά ποσοστά σφαλμάτων. Επιπλέον, η τρέχουσα επεξεργαστική ισχύς των κβαντικών υπολογιστών τους καθιστά εντελώς ακατάλληλους για τυπικές εφαρμογές. Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν πολλοί αυξανόμενοι πόνοι που πρέπει να περάσει ο κβαντικός υπολογιστής πριν γίνει μια αξιόπιστη και ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία.
Οι υπερυπολογιστές είναι το καλύτερο για τώρα
Ενώ οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν τη δυνατότητα να ξεπεράσουν κατά πολύ τους υπερυπολογιστές, αυτό εξακολουθεί να είναι σε μεγάλο βαθμό υποθετικό. Μια μέρα, μπορεί να δούμε τον κβαντικό υπολογισμό να προχωρά σε σημείο όπου οι υπερυπολογιστές δεν είναι πλέον απαραίτητοι. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι έχουν ήδη γίνει τεράστιες εξελίξεις σε αυτόν τον τομέα. Προς το παρόν, όμως, οι κβαντικοί υπολογιστές βρίσκονται ακόμα στα αρχικά τους στάδια και μπορεί να χρειαστούν δεκαετίες για να γίνουν mainstream.