Endise horisont - ja kaugemalgi ...

Ühest küljest peaksid need aitama meil vähist jagu saada, ilma täpselt ennustada ja tuumasünteesi juhtida. Teisest küljest kardetakse, et need põhjustavad globaalset hävingut või orjastavad inimkonna. Hetkel aga ei suuda arvutuskoletised veel teha suurt head ja universaalset kurja korraga.

60ndatel oli võimsus kõige tõhusamatel arvutitel megaflops (miljoneid ujukomatehteid sekundis). Esimene töötlemisvõimsusega arvuti üle 1 GFLOPS (gigaflops) oli Cray 2, mille tootis Cray Research 1985. aastal. Esimene töötlemisvõimsusega mudel üle 1 TFLOPS (teraflops) oli ASCI punane, mille lõi Intel 1997. aastal. Võimsus 1 PFLOPS (petaflops) saavutatud Teejooksja, mille IBM andis välja 2008. aastal.

Praegune arvutusvõimsuse rekord kuulub Hiina Sunway TaihuLightile ja on 9 PFLOPSi.

Kuigi, nagu näha, pole võimsaimad masinad veel sadade petaflopsideni jõudnud, aina enam eksaskaala süsteemidmille puhul tuleb arvestada võimsusega eksaflopsach (EFLOPS), st. umbes rohkem kui 1018 toimingut sekundis. Sellised struktuurid on aga alles erineva keerukuse astmega projektide staadiumis.

VÄHENDAMINE (, ujukomatehted sekundis) on arvutusvõimsuse ühik, mida kasutatakse peamiselt teaduslikes rakendustes. See on mitmekülgsem kui varem kasutatud MIPS-plokk, mis tähendab protsessori käskude arvu sekundis. Flop ei ole SI, kuid seda saab tõlgendada ühikuna 1/s.

Teil on vaja vähi eksaskaalat

Eksaflops ehk tuhat petaflopsi on rohkem kui kõik top XNUMX superarvutit kokku. Teadlased loodavad, et uue põlvkonna sellise võimsusega masinad toovad läbimurdeid erinevates valdkondades.

Eksamastaabis töötlemisvõimsus koos kiiresti arenevate masinõppetehnoloogiatega peaks näiteks lõpuks aitama murda vähikood. Andmete hulk, mis arstidel peab olema vähi diagnoosimiseks ja raviks, on nii tohutu, et tavaarvutitel on raske selle ülesandega toime tulla. Tüüpilises üksiku kasvaja biopsia uuringus tehakse üle 8 miljoni mõõtmise, mille käigus arstid analüüsivad kasvaja käitumist, selle reaktsiooni farmakoloogilisele ravile ja mõju patsiendi organismile. See on tõeline andmete ookean.

ütles Rick Stevens USA energeetikaministeeriumi (DOE) Argonne'i laborist. -

Ühendades meditsiiniuuringud arvutusvõimsusega, töötavad teadlased selle nimel CANDLE närvivõrgu süsteem (). See võimaldab prognoosida ja välja töötada iga patsiendi individuaalsetele vajadustele kohandatud raviplaani. See aitab teadlastel mõista peamiste valkude koostoimete molekulaarset alust, töötada välja ennustavad ravimivastuse mudelid ja soovitada optimaalseid ravistrateegiaid. Argonne usub, et exascale süsteemid suudavad CANDLE rakendust käivitada 50–100 korda kiiremini kui tänapäeval tuntud võimsaimad supermasinad.

Seetõttu ootame põnevusega eksamastaabiliste superarvutite ilmumist. Esimesed versioonid ei pruugi aga USA-s ilmuda. Muidugi on USA võidujooksus nende loomisega ja kohalik omavalitsus projektis, mida tuntakse kui Aurora teeb koostööd AMD, IBMi, Inteli ja Nvidiaga, püüdes välismaistest konkurentidest ette jõuda. Eeldatavasti ei juhtu see aga enne 2021. aastat. Vahepeal teatasid Hiina eksperdid 2017. aasta jaanuaris eksaskaalalise prototüübi loomisest. Seda tüüpi arvutusühiku täielikult toimiv mudel on − tianhe-3 - siiski on ebatõenäoline, et see lähiaastatel valmis saab.

Hiinlased hoiavad kõvasti kinni

Fakt on see, et alates 2013. aastast on Hiina arendused olnud maailma võimsaimate arvutite edetabeli esikohal. Ta domineeris aastaid tianhe-2ja nüüd kuulub peopesa mainitule Sunway Taihu Light. Arvatakse, et need kaks Kesk-Kuningriigi võimsaimat masinat on palju võimsamad kui kõik USA energeetikaministeeriumi kakskümmend üks superarvutit.

Ameerika teadlased tahavad loomulikult taastada juhtpositsiooni, mis neil oli viis aastat tagasi, ja töötavad välja süsteemi, mis võimaldab neil seda teha. Seda ehitatakse Tennessee osariigis Oak Ridge'i riiklikus laboris. Tippkohtumine (2), superarvuti, mis plaanitakse kasutusele võtta selle aasta lõpus. See ületab Sunway TaihuLighti võimsuse. Seda kasutatakse uute tugevamate ja kergemate materjalide katsetamiseks ja väljatöötamiseks, Maa sisemuse simuleerimiseks akustiliste lainete abil ning universumi päritolu uurivate astrofüüsikaprojektide toetamiseks.

2. Summiti superarvuti ruumiplaan

Mainitud Argonne'i riiklikus laboris plaanivad teadlased peagi ehitada veelgi kiirema seadme. Tuntud kui A21Eeldatakse, et jõudlus ulatub 200 petaflopini.

Superarvutite võidusõidul osaleb ka Jaapan. Kuigi viimasel ajal on USA-Hiina rivaalitsemine seda mõnevõrra varjutanud, plaanib see riik käivitada ABKI süsteem (), pakkudes 130 petaflopsi võimsust. Jaapanlased loodavad, et sellist superarvutit saab kasutada AI (tehisintellekti) ehk süvaõppe arendamiseks.

Vahepeal otsustas Euroopa Parlament äsja ehitada ELi miljardi euro suuruse superarvuti. See arvutuskoletis alustab meie kontinendi uurimiskeskuste jaoks tööd 2022. ja 2023. aasta vahetusel. Masin ehitatakse sisse EuroGPC projektja selle ehitamist rahastavad liikmesriigid – seega osaleb selles projektis ka Poola. Selle prognoositavat võimsust nimetatakse tavaliselt "eksaskaalaeelseks".

Seni on Hiinal 2017. aasta edetabeli järgi viiesajast maailma kiireimast superarvutist 202 sellist masinat (40%), Ameerika kontrolli all aga 144 (29%).

Hiina kasutab ka 35% maailma arvutusvõimsusest, võrreldes USA 30%-ga. Järgmised riigid, kus on nimekirjas kõige rohkem superarvuteid, on Jaapan (35 süsteemi), Saksamaa (20), Prantsusmaa (18) ja Ühendkuningriik (15). Väärib märkimist, et sõltumata päritoluriigist kasutavad kõik viissada kõige võimsamat superarvutit Linuxi erinevaid versioone ...

Nad kujundavad ise

Superarvutid on juba praegu väärtuslik tööriist, mis toetab teadus- ja tehnoloogiatööstust. Need võimaldavad teadlastel ja inseneridel teha pidevaid edusamme (ja mõnikord isegi suuri edusamme) sellistes valdkondades nagu bioloogia, ilmastiku- ja kliimaprognoosid, astrofüüsika ja tuumarelvad.

Ülejäänu sõltub nende võimsusest. Järgmiste aastakümnete jooksul võib superarvutite kasutamine oluliselt muuta nende riikide majanduslikku, sõjalist ja geopoliitilist olukorda, millel on juurdepääs seda tüüpi tipptasemel infrastruktuurile.

Edusammud selles vallas on nii kiired, et uute mikroprotsessorite põlvkondade projekteerimine on muutunud juba liiga keeruliseks isegi paljudele inimressurssidele. Sel põhjusel mängivad arvutite, sealhulgas eesliidet "super" kasutavate arvutite arendamisel üha enam juhtivat rolli täiustatud arvutitarkvara ja superarvutid.

3. Jaapani superarvuti

Farmaatsiaettevõtted saavad peagi tänu andmetöötluse suurvõimetele täielikult tegutseda suure hulga inimgenoomide töötlemine, loomad ja taimed, mis aitavad luua uusi ravimeid ja ravimeetodeid erinevate haiguste jaoks.

Veel üks põhjus (tegelikult üks peamisi), miks valitsused superarvutite arendamisse nii palju investeerivad. Tõhusamad sõidukid aitavad tulevastel sõjaväejuhtidel välja töötada selged lahingustrateegiad igas lahinguolukorras, võimaldavad välja töötada tõhusamaid relvasüsteeme ning toetavad õiguskaitse- ja luureagentuure võimalike ohtude eelneval tuvastamisel.

Aju simuleerimiseks pole piisavalt jõudu

Uued superarvutid peaksid aitama dešifreerida meile juba ammu tuntud looduslikku superarvutit – inimaju.

Rahvusvaheline teadlaste meeskond töötas hiljuti välja algoritmi, mis kujutab endast olulist uut sammu aju närviühenduste modelleerimisel. Uus EI ole algoritmi, mida on kirjeldatud ajakirjas Frontiers in Neuroinformatics avaldatud avatud juurdepääsuga dokumendis, eeldatakse, et see simuleerib superarvutites 100 miljardit omavahel ühendatud inimese aju neuronit. Töösse olid kaasatud teadlased Saksamaa uurimiskeskusest Jülich, Norra maaülikoolist, Aacheni ülikoolist, Jaapani RIKEN instituudist ja Stockholmi KTH Kuninglikust Tehnoloogiainstituudist.

Alates 2014. aastast on Saksamaal Jülichi superarvutikeskuses RIKEN ja JUQUEEN superarvutites käimas suuremahulised närvivõrkude simulatsioonid, mis simuleerivad ligikaudu 1% inimese aju neuronite ühendusi. Miks ainult nii palju? Kas superarvutid võivad simuleerida kogu aju?

Susanne Kunkel Rootsi firmast KTH selgitab.

Simulatsiooni käigus tuleb ligikaudu kõigile 100 XNUMX inimesele saata neuroni aktsioonipotentsiaal (lühikesed elektriimpulsid). väikesed arvutid, mida nimetatakse sõlmedeks ja millest igaüks on varustatud mitme protsessoriga, mis teostavad tegelikke arvutusi. Iga sõlm kontrollib, millised neist impulssidest on seotud selles sõlmes eksisteerivate virtuaalsete neuronitega.

4. Neuronite ajuühenduste modelleerimine, s.o. oleme alles reisi alguses (1%)

Ilmselgelt suureneb protsessorite poolt nende täiendavate bittide jaoks neuroni kohta nõutav arvutimälu hulk koos närvivõrgu suurusega. Kogu inimaju 1% simulatsioonist kaugemale jõudmiseks (4) oleks vaja XNUMX korda rohkem mälu kui see, mis on tänapäeval saadaval kõigis superarvutites. Seetõttu saaks kogu aju simulatsiooni saamisest rääkida vaid tulevaste eksamastaabiliste superarvutite kontekstis. Siin peaks töötama järgmise põlvkonna NEST-algoritm.

TOP-5 superarvutit maailmas

1. Sanway TaihuLight – 93. aastal Hiinas Wuxis käivitatud 2016 PFLOPS-i superarvuti. Alates 2016. aasta juunist on see olnud maailma suurima arvutusvõimsusega superarvutite TOP500 edetabelis.

2. Tianhe-2 (Linnutee-2) on superarvuti, mille arvutusvõimsus on 33,86 PFLOPS, mille ehitas NUDT () Hiinas. Alates juunist 2013

juunini 2016 oli see maailma kiireim superarvuti.

3. Pease Dynt - Cray välja töötatud disain, mis on paigaldatud Šveitsi riiklikusse superarvutikeskusesse (). Seda uuendati hiljuti – Nvidia Tesla K20X kiirendid asendati uute, Tesla P100 vastu, mis võimaldas 2017. aasta suvel suurendada arvutusvõimsust 9,8-lt 19,6 PFLOPS-ile.

4. Gyokou on superarvuti, mille on välja töötanud ExaScaler ja PEZY Computing. Asub Yokohama Geoteaduste Instituudi Jaapani mereteaduse ja -tehnoloogia agentuuris (JAMSTEC); Maa simulaatoriga samal korrusel. Võimsus: 19,14 PFLOPs.

5. Titaan on 17,59 PFLOPS superarvuti, mille toodab Cray Inc. ja käivitati 2012. aasta oktoobris Ameerika Ühendriikides Oak Ridge'i riiklikus laboris. 2012. aasta novembrist 2013. aasta juunini oli Titan maailma kiireim superarvuti. Praegu on see viiendal kohal, kuid on siiski USA kiireim superarvuti.

Nad võistlevad ka kvantide ülemvõimu pärast

IBM usub, et järgmise viie aasta jooksul, mitte superarvutid, mis põhinevad traditsioonilistel ränikiipidel, vaid hakkavad levitama. Ettevõtte teadlaste sõnul hakkab tööstus alles mõistma, kuidas saab kvantarvuteid kasutada. Eeldatakse, et insenerid avastavad nende masinate esimesed suuremad rakendused vaid viie aasta pärast.

Kvantarvutid kasutavad arvutusüksust nn kubitem. Tavalised pooljuhid esindavad teavet jadadena 1 ja 0, samas kui qubitidel on kvantomadused ja nad saavad samaaegselt teha arvutusi 1 ja 0 kujul. See tähendab, et kaks kubitti võivad samaaegselt esindada jadasid 1-0, 1-1, 0-1 . ., 0-0. Arvutusvõimsus kasvab plahvatuslikult iga kubitiga, nii et teoreetiliselt võib vaid 50 kubitiga kvantarvutil olla rohkem töötlemisvõimsust kui maailma võimsaimatel superarvutitel.

D-Wave Systems müüb juba kvantarvutit, mida väidetavalt on 2. kubitid. Kuid D-Wav koopiade(5) on vaieldavad. Kuigi mõned teadlased on neid hästi kasutanud, ei ole need ikka veel ületanud klassikalisi arvuteid ja on kasulikud ainult teatud tüüpi optimeerimisprobleemide korral.

5. D-laine kvantarvutid

Paar kuud tagasi näitas Google Quantum AI Lab uut 72-kubitist kvantprotsessorit nimega harjaste koonused (6). See võib peagi saavutada "kvantide ülemvõimu", edestades klassikalist superarvutit, vähemalt mõne probleemi lahendamisel. Kui kvantprotsessor näitab töös piisavalt madalat veamäära, võib see olla tõhusam kui klassikaline täpselt määratletud IT-ülesandega superarvuti.

6. Bristlecone 72 qubit kvantprotsessor

Järjekorras oli Google'i protsessor, sest näiteks jaanuaris avalikustas Intel oma 49-kubitise kvantsüsteemi ja varem tutvustas IBM 50-kubitist versiooni. Inteli kiip, Pikk, on see uuenduslik ka muul viisil. See on esimene "neuromorfne" integraallülitus, mis on loodud jäljendama seda, kuidas inimaju õpib ja mõistab. See on "täielikult funktsionaalne" ja see on uurimispartneritele kättesaadav hiljem sel aastal.

See on aga alles algus, sest ränikoletistega toimetulekuks on vaja z miljonid kubitid. Hollandi Delfti tehnikaülikooli teadlaste rühm loodab, et viis sellise ulatuse saavutamiseks on räni kasutamine kvantarvutites, sest nende liikmed on leidnud lahenduse, kuidas räni abil luua programmeeritav kvantprotsessor.

Ajakirjas Nature avaldatud uuringus kontrollis Hollandi meeskond ühe elektroni pöörlemist mikrolaineenergia abil. Ränis pöörleks elektron samal ajal üles ja alla, hoides seda tõhusalt paigal. Kui see oli saavutatud, ühendas meeskond kaks elektroni kokku ja programmeeris need kvantalgoritme käivitama.

Räni baasil oli võimalik luua kahebitine kvantprotsessor.

Dr Tom Watson, üks uuringu autoreid, selgitas BBC-le. Kui Watsonil ja tema meeskonnal õnnestub veelgi rohkem elektrone sulatada, võib see kaasa tuua mässu. qubit protsessoridsee viib meid sammu võrra lähemale tuleviku kvantarvutitele.

- Kes ehitab täielikult toimiva kvantarvuti, hakkab valitsema maailma Manas Mukherjee Singapuri riiklikust ülikoolist ja riikliku kvanttehnoloogia keskuse juhtivteadur ütles hiljuti ühes intervjuus. Võidujooks suurimate tehnoloogiafirmade ja teaduslaborite vahel on hetkel keskendunud nö kvant ülimuslikkuspunkt, kus kvantarvuti suudab teha arvutusi rohkem, kui kõige arenenumad kaasaegsed arvutid suudavad pakkuda.

Ülaltoodud näited Google'i, IBM-i ja Inteli saavutustest näitavad, et Ameerika Ühendriikide (ja seega ka osariigi) ettevõtted domineerivad selles valdkonnas. Hiljuti aga andis Hiina Alibaba Cloud välja 11-kubitise protsessoripõhise pilvandmetöötluse platvormi, mis võimaldab teadlastel katsetada uusi kvantalgoritme. See tähendab, et ka Hiina kvantarvutusplokkide vallas ei kata pirne tuhaga.

Kvant-superarvutite loomise katsed ei ole aga uutest võimalustest entusiastlikud, vaid tekitavad ka vaidlusi.

Mõni kuu tagasi Moskvas toimunud rahvusvahelisel kvanttehnoloogiate konverentsil rääkis Aleksandr Lvovsky (7) Venemaa kvantkeskusest, kes on ka Kanada Calgary ülikooli füüsikaprofessor, et kvantarvutid hävitamise tööriistloomata.

7. Professor Aleksandr Lvovski

Mida ta mõtles? Esiteks digitaalne turvalisus. Praegu on kogu Interneti kaudu edastatav tundlik digitaalne teave huvitatud isikute privaatsuse kaitsmiseks krüpteeritud. Oleme juba näinud juhtumeid, kus häkkerid võisid need andmed krüptimist katkestades kinni pidada.

Lvovi sõnul teeb kvantarvuti ilmumine küberkurjategijate asja ainult lihtsamaks. Ükski tänapäeval tuntud krüpteerimistööriist ei suuda end kaitsta tõelise kvantarvuti töötlemisvõimsuse eest.

Meditsiinilised andmed, finantsteave ja isegi valitsuste ja sõjaliste organisatsioonide saladused oleksid kättesaadavad pannil, mis tähendaks, nagu märgib Lvovsky, et uus tehnoloogia võib ohustada kogu maailmakorda. Teised eksperdid usuvad, et venelaste kartused on alusetud, kuna tõelise kvant-superarvuti loomine võimaldab ka algatada kvantkrüptograafia, peetakse hävimatuks.

Teine lähenemine

Lisaks traditsioonilistele arvutitehnoloogiatele ja kvantsüsteemide arendamisele tegelevad mitmed keskused ka teiste tuleviku superarvutite ehitamise meetodite kallal.

Ameerika agentuur DARPA rahastab kuut alternatiivsete arvutidisaini lahenduste keskust. Kaasaegsetes masinates kasutatavat arhitektuuri nimetatakse tinglikult von Neumann arhitektuurOh, ta on juba seitsekümmend aastat vana. Kaitseorganisatsiooni toel ülikoolide teadlastele on eesmärk arendada välja senisest nutikam lähenemine suurte andmemahtude käsitlemisele.

Puhverdamine ja paralleelarvutus Siin on mõned näited uutest meetoditest, mille kallal need meeskonnad töötavad. Teine ADA (), mis muudab rakenduste arendamise lihtsamaks, teisendades protsessori ja mälukomponendid koos moodulitega üheks komplektiks, selle asemel, et tegeleda nende ühendamise probleemidega emaplaadil.

Eelmisel aastal näitas Ühendkuningriigi ja Venemaa teadlaste meeskond edukalt, et tüüp "Maagiline tolm"millest need koosnevad valgus ja mateeria - lõppkokkuvõttes parem jõudlus isegi kõige võimsamatest superarvutitest.

Briti Cambridge'i, Southamptoni ja Cardiffi ülikoolide ning Venemaa Skolkovo Instituudi teadlased kasutasid kvantosakesi, mida tuntakse nn. polaritoonidmida saab defineerida kui midagi valguse ja mateeria vahepealset. See on täiesti uus lähenemine arvutitele. Teadlaste sõnul võib see olla aluseks uut tüüpi arvutile, mis suudab lahendada praegu lahendamatuid küsimusi – erinevates valdkondades, nagu bioloogia, rahandus ja kosmosereisid. Uuringu tulemused avaldatakse ajakirjas Nature Materials.

Pidage meeles, et tänapäeva superarvutid saavad hakkama vaid väikese osaga probleemidest. Isegi hüpoteetiline kvantarvuti, kui see lõpuks valmis ehitatakse, annab parimal juhul ruutkiiruse kõige keerulisemate probleemide lahendamiseks. Vahepeal tekivad "haldjatolmu" tekitavad polaritonid galliumi, arseeni, indiumi ja alumiiniumi aatomite kihtide aktiveerimisel laserkiirtega.

Nendes kihtides olevad elektronid neelavad ja kiirgavad teatud värvi valgust. Polaritonid on kümme tuhat korda kergemad kui elektronid ja võivad saavutada piisava tiheduse, et tekitada uus aine olek, mida nimetatakse Bose-Einsteini kondensaat (kaheksa). Polaritonide kvantfaasid selles on sünkroniseeritud ja moodustavad ühtse makroskoopilise kvantobjekti, mida saab tuvastada fotoluminestsentsmõõtmiste abil.

8. Bose-Einsteini kondensaadi graafik

Selgub, et selles konkreetses olekus suudab polaritoni kondensaat lahendada optimeerimisprobleemi, mida mainisime kvantarvutite kirjeldamisel, palju tõhusamalt kui kubitipõhised protsessorid. Briti-Vene uuringute autorid on näidanud, et polaritonide kondenseerumisel on nende kvantfaasid paigutatud konfiguratsiooni, mis vastab kompleksfunktsiooni absoluutsele miinimumile.

"Oleme alles alguses, et uurida polaritoni süžeede potentsiaali keeruliste probleemide lahendamiseks," kirjutab Nature Materialsi kaasautor prof. Pavlos Lagoudakis, Southamptoni ülikooli hübriidfotoonika labori juhataja. "Skaleerime praegu oma seadet sadadele sõlmedele, testides samal ajal selle aluseks olevat töötlemisvõimsust."

Nendes valguse ja aine peente kvantfaaside maailmast tehtud katsetes näivad isegi kvantprotsessorid olevat midagi kohmakat ja reaalsusega kindlalt seotud. Nagu näha, ei tööta teadlased ainult homsete superarvutite ja ülehomsete masinatega, vaid nad plaanivad juba ülehomme toimuvat.

Siinkohal on eksaskaala saavutamine päris suur väljakutse, siis mõtled flopiskaalal (9) järgmistele verstapostidele. Nagu võis arvata, ei piisa ainult protsessorite ja mälu lisamisest. Kui teadlasi uskuda, siis nii võimsa arvutusvõimsuse saavutamine võimaldab meil lahendada meile teadaolevaid megaprobleeme, nagu vähi dešifreerimine või astronoomiliste andmete analüüsimine.

9. Superarvutite tulevik

Ühendage küsimus vastusega

Mis edasi?

Noh, kvantarvutite puhul tekivad küsimused, milleks neid kasutada. Vana vanasõna kohaselt lahendavad arvutid probleeme, mida ilma nendeta ei eksisteeriks. Nii et me peaksime tõenäoliselt kõigepealt need futuristlikud supermasinad ehitama. Siis tekivad probleemid iseenesest.

Millistes valdkondades võivad kvantarvutid olla kasulikud?

Tehisintellekt. AI () töötab kogemuse kaudu õppimise põhimõttel, mis muutub järjest täpsemaks tagasiside saades ja seni, kuni arvutiprogramm muutub "targaks". Tagasiside põhineb mitme võimaliku variandi tõenäosuse arvutustel. Teame juba, et näiteks Lockheed Martin kavatseb kasutada oma D-Wave'i kvantarvutit autopiloodi tarkvara testimiseks, mis on praegu klassikaliste arvutite jaoks liiga keeruline, ja Google kasutab kvantarvutit tarkvara arendamiseks, mis suudab autosid maamärkidest eristada.

Molekulaarne modelleerimine. Tänu kvantarvutitele on võimalik molekulaarseid interaktsioone täpselt modelleerida, otsides keemiliste reaktsioonide jaoks optimaalseid konfiguratsioone. Kvantkeemia on nii keeruline, et kaasaegsed digitaalarvutid suudavad analüüsida vaid kõige lihtsamaid molekule. Keemilised reaktsioonid on oma olemuselt kvant-loomulised, kuna need loovad omavahel tihedalt põimunud kvantolekuid, mis kattuvad, nii et täielikult arenenud kvantarvutid suudavad kergesti hinnata ka kõige keerukamaid protsesse. Google'il on selles valdkonnas juba arenguid – nad on modelleerinud vesiniku molekuli. Tulemuseks on tõhusamad tooted päikesepaneelidest ravimiteni.

Krüptograafia. Turvasüsteemid sõltuvad tänapäeval tõhusast esmasest genereerimisest. Seda on võimalik saavutada digitaalsete arvutitega, vaadates kõiki võimalikke tegureid, kuid selleks kuluv tohutu ajakulu muudab "koodimurdmise" kulukaks ja ebapraktiliseks. Samal ajal saavad kvantarvutid seda teha eksponentsiaalselt, tõhusamalt kui digitaalmasinad, mis tähendab, et tänapäevased turvameetodid vananevad peagi. Samuti on väljatöötamisel paljutõotavaid kvantkrüptimise meetodeid, et kasutada ära kvantpõimumise ühesuunalist olemust. Ülelinnalisi võrke on juba demonstreeritud mitmes riigis ja Hiina teadlased teatasid hiljuti, et saadavad edukalt tiirlevalt "kvant" satelliidilt takerdunud footoneid kolme eraldiseisvasse tugijaama tagasi Maale.

Finantsmodelleerimine. Kaasaegsed turud on ühed kõige keerulisemad olemasolevad süsteemid. Kuigi teaduslik ja matemaatiline aparaat nende kirjeldamiseks ja kontrollimiseks on välja töötatud, on selliste tegevuste tõhusus endiselt suures osas ebapiisav teadusharude põhimõttelise erinevuse tõttu: puudub kontrollitud keskkond, kus katseid läbi viia. Selle probleemi lahendamiseks on investorid ja analüütikud pöördunud kvantarvutite poole. Üks vahetu kasu on see, et kvantarvutitele omane juhuslikkus on kooskõlas finantsturgude stohhastilise olemusega. Investorid soovivad sageli hinnata tulemuste jaotust väga suure hulga juhuslikult genereeritud stsenaariumide puhul.

Ilmateade. NOAA peaökonomist Rodney F. Weiher väidab, et peaaegu 30% USA SKT-st (6 triljonit dollarit) sõltub otseselt või kaudselt ilmast. toiduainete tootmiseks, transpordiks ja jaemüügiks. Seega oleks aura parema ennustamise oskusest palju kasu paljudes valdkondades, rääkimata looduskatastroofide kaitseks ette nähtud pikemast ajast. Ühendkuningriigi riiklik meteoroloogiline osakond Met Office on juba alustanud sellistesse uuendustesse investeerimist, et rahuldada võimsuse ja mastaapsuse vajadusi, millega ta peab tegelema alates 2020. aastast, ning on avaldanud aruande oma eksatasandi arvutusvajaduste kohta.

Osakeste füüsika. Tahkete osakeste füüsika mudelid on sageli äärmiselt keerulised ja keerukad lahendused, mis nõuavad arvulisteks simulatsioonideks palju arvutusaega. See muudab need ideaalseks kvantarvutamiseks ja teadlased on seda juba ära kasutanud. Innsbrucki ülikooli ning kvantoptika ja kvantinformatsiooni instituudi (IQOQI) teadlased kasutasid hiljuti selle simulatsiooni läbiviimiseks programmeeritavat kvantsüsteemi. Ajakirjas Nature avaldatud väljaande kohaselt kasutas rühm kvantarvuti lihtsat versiooni, milles ioonid sooritasid loogilisi toiminguid, mis on mis tahes arvutiarvutuse põhietapid. Simulatsioon näitas täielikku vastavust kirjeldatud füüsika tegelike katsetega. ütleb teoreetiline füüsik Peter Zoller. -