¿Cómo funcionan las computadoras ópticas y cuánticas?

El cálculo de la historia está llena de fracasos.

los apple III tenido un mal hábito de cocción en sí en su cáscara deformada. los Atari Jaguar, Unos Juegos ‘innovadores` consola que tenía algunas afirmaciones falsas sobre su rendimiento, no podía agarrar el mercado. chips insignia Pentium de Intel diseñado para aplicaciones de contabilidad de alto rendimiento tuvo dificultad con los números decimales.

Pero el otro tipo de fracaso que prevalece en el mundo de la informática es la FLOP medición, siempre aclamado como una comparación razonablemente justo entre las diferentes máquinas, arquitecturas y sistemas.

FLOP es una medida de las operaciones de punto flotante por segundo. En pocas palabras, es el velocímetro de un sistema informático. Y ha estado creciendo exponencialmente durante décadas.

Entonces, ¿qué pasaría si te dijera que en unos años, que tendrá un sistema sentado en su escritorio, o en el televisor o en el teléfono, que limpiar el suelo de los superordenadores de hoy en día? ¿Increíble? Soy un loco? Echar un vistazo a la historia antes de juzgar.

Superordenador para supermercado

Un reciente Intel i7 Haswell procesador puede realizar aproximadamente 177 billón FLOP (GFLOPS), que es más rápido que el superordenador más rápido en los EE.UU. en 1994, el Nacional de Sandia Labs de XP / S140 con 3.680 núcleos de computación que trabajan juntos.¿Cuál es la diferencia entre Haswell de Intel y procesadores Ivy Bridge?¿Cuál es la diferencia entre Haswell de Intel y procesadores Ivy Bridge?Buscando un nuevo equipo? Los que la compra de un nuevo ordenador portátil o de sobremesa con procesador Intel necesita saber las diferencias entre la última y la última generación de procesadores Intel.Lee mas

Una PlayStation 4 puede funcionar a alrededor de 1,8 billones de FLOPS gracias a su avanzada Cell micro-arquitectura, y habría triunfado 55 $ millones de superordenador ASCI Red que encabezó la liga superordenador en todo el mundo en 1998, casi 15 años antes de la PS4 fue puesto en libertad.

IBM Sistema AI Watson tiene un pico (corriente) operación 80 TFLOPS, y eso es muy lejos de cerca de dejarlo en el lista Top 500 de los superordenadores de hoy en día, con la china Tianhe-2 en dirección al Top 500 en los últimos 3 ocasiones consecutivas, con un rendimiento máximo de 54.902 TFLOPS, o casi el 55 Peta-flops.

La gran pregunta es, ¿dónde está la siguiente superordenador de sobremesa de tamaño va a venir? Y lo más importante, cuando estamos recibiendo él?La última tecnología informática lo que tiene que ver para creerLa última tecnología informática lo que tiene que ver para creerEcha un vistazo a algunas de las últimas tecnologías informáticas que se establecen para transformar el mundo de la electrónica y ordenadores en los próximos años.Lee mas

Otro ladrillo en la pared de la energía

En la historia reciente, las fuerzas motrices entre estos resultados impresionantes en la velocidad han sido en ciencia de los materiales y la arquitectura diseño- procesos de fabricación menor escala nanométrica significa que los chips pueden ser más delgado, más rápido y volcar menos energía en forma de calor, lo que les hace más baratos de mantener.

Además, con el desarrollo de arquitecturas multi-núcleo durante la década de 2000, muchos procesadores’están apretados en un solo chip. Esta tecnología, combinada con la creciente madurez de los sistemas de computación distribuida, donde muchos ‘ordenadores pueden funcionar como una sola máquina, significa que el Top 500 siempre ha estado creciendo, casi a la par con La famosa ley de Moore.

Sin embargo, las leyes de la física están empezando a ponerse en el camino de todo este crecimiento, incluso Intel está preocupado por ella, y muchos en todo el mundo está buscando a la siguiente cosa.

... dentro de unos diez años más o menos, vamos a ver el colapso de la Ley de Moore. De hecho, ya, vemos una desaceleración de la Ley de Moore. potencia de los ordenadores, simplemente no puede mantener su aumento exponencial rápida usando tecnología de silicio estándar. - El Dr. Michio Kaku - 2012

El problema fundamental con el diseño de procesamiento actual es que los transistores son o bien en (1) o fuera de (0). Cada vez que una puerta del transistor ‘voltea, tiene que expulsar a una cierta cantidad de energía en el material que la puerta está hecho de hacer que la estancia de‘flip`. A medida que estas puertas se hacen más pequeños y más pequeños, la relación entre la energía a utilizar el transistor y la energía para ‘flip` el transistor se hace más grande y más grande, creando importantes problemas de calefacción y fiabilidad. Los sistemas actuales están acercando - y en algunos casos superior - la densidad de calor en bruto de los reactores nucleares, y los materiales están empezando a fallar sus diseñadores. Esto se llama el clásico ‘energía de la pared`.

Vídeo: ¿Qué es un ordenador cuántico?

Recientemente, algunos han comenzado a pensar de forma diferente acerca de cómo realizar cálculos útiles. Dos empresas en particular, han llamado la atención en términos de formas avanzadas de óptica cuántica y la computación. D-Wave canadiense Sistemas y Optalysys basados ​​Reino Unido, que ambos tienen muy diferentes enfoques para diferentes conjuntos de problemas.

Es hora de cambiar la música

D-Wave tiene una gran cantidad de prensa últimamente, con su cuadro negro siniestro súper enfriado con un interior-pico extremadamente cyberpunk, que contiene un chip desnudo enigmática con poderes difíciles de imaginar.

En esencia, el sistema D2 tiene un enfoque completamente diferente a la resolución de problemas por tirar eficazmente el libro de reglas de causa y efecto. Entonces, ¿qué tipo de problemas se presente Google / NASA / Lockheed Martin apoyó gigante con el objetivo de?

El hombre trepador

Históricamente, si desea resolver una NP-duro o un problema Intermedio, donde hay un número extremadamente alto de las posibles soluciones que tienen una amplia gama de posibilidades, el uso de ‘valores del enfoque clásico simplemente no funciona. Tomemos por ejemplo el viajante de problemas dados N-ciudades, encontrar el camino más corto para visitar todas las ciudades una vez. Es importante tener en cuenta que la TSP es un factor importante en muchos campos como la fabricación de microchips, logística, e incluso la secuenciación del ADN,

Vídeo: Computación cuántica - Explicado!

Pero todos estos problemas se reducen a un aparentemente simple proceso- seleccione un punto a partir, generar una ruta alrededor N `cosas`, miden la distancia, y si hay una ruta existente que es más corto de lo que, descartan la ruta intentado y siguen adelante a la siguiente hasta que no hay más rutas a comprobar.

Esto suena fácil, y para valores pequeños, lo es- durante 3 ciudades hay 3 * 2 * 1 = 6 rutas para comprobar, por 7 ciudades hay 7 * 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 5040, que no es demasiado malo para una computadora para manejar. Esto es un Factorial secuencia, y se puede expresar como “N”, por lo que 5040 es 7 !.

Sin embargo, en el momento de ir un poco más lejos, a 10 ciudades a visitar, es necesario probar más de 3 millones de rutas. En el momento en que llegue a 100, el número de rutas es necesario comprobar es seguido por 9 157 dígitos. La única manera de mirar a este tipo de funciones está utilizando una gráfica logarítmica, donde el eje y comienza en 1 (10 ^ 0), 10 (10 ^ 1), 100 (10 ^ 2), 1000 (10 ^ 3 ) y así.

Los números simplemente demasiado grandes para poder razonablemente proceso en cualquier máquina que existe en la actualidad o puedan existir utilizando arquitecturas de computación clásica. Pero lo que D-Wave está haciendo es muy diferente.

emerge Vesubio

El chip Vesubio en el D2 utiliza alrededor de 500 ‘’ qubits o bits cuánticos para realizar estos cálculos utilizando un método llamado Quantum recocido. En lugar de medir cada ruta a la vez, los qubits Vesuvius se establecen en un estado de superposición (ni en ni fuera, que operan juntos como un tipo de campo de potencial) y una serie de descripciones algebraicas cada vez más complejos de la solución (es decir una serie de hamiltoniano descripciones de la solución, no una solución en sí) se aplican al campo de superposición.

En efecto, el sistema está poniendo a prueba la idoneidad de cada solución potencial al mismo tiempo, como una pelota ‘decidir` qué manera de ir cuesta abajo. Cuando la superposición se relajó en un estado fundamental, que el estado fundamental de los qubits debe describir la solución óptima.

Muchos se han preguntado cuánto de una ventaja el sistema de D-Wave da más de un ordenador convencional. En una reciente prueba de la plataforma contra un típico problema de Saleman Viajar, que tardó 30 minutos en un ordenador clásico, tomó apenas medio segundo en el Vesubio.

Sin embargo, para ser claros, esto nunca va a ser un sistema de jugar al Doom en el. Algunos comentaristas están tratando de comparar este sistema altamente especializado contra un procesador de propósito general. Usted sería mejor comparar una Ohio-submarino de la clase con el Rayo F35- cualquier métrica que seleccione para uno es tan inadecuada para el otro como para ser inútil.

El D-Wave está en la hora en varios órdenes de magnitud más rápida para sus problemas específicos en comparación con un procesador estándar, y las estimaciones Flops van desde un relativamente impresionantes 420 GFLOPS a un 1,5 Peta-FLOP alucinante (Ponerlo en el Top 10 del superordenador lista en 2013 en el momento del último prototipo pública). En todo caso, esta disparidad destaca el principio del fin de fracasos como una medida universal, cuando se aplica a las áreas problemáticas específicas.

Esta área de la informática está dirigido a un conjunto muy específico (y muy interesante) de los problemas. Es preocupante que uno de los problemas dentro de esta esfera es criptografía - Key Cryptography específicamente Pública.Cifrar su Gmail, Hotmail y otros Webmail: Aquí es cómoCifrar su Gmail, Hotmail y otros Webmail: Aquí es cómoNSA revelaciones de Edward Snowden trajeron conmoción y pavor en los hogares estadounidenses, como individuos y familias comenzaron a darse cuenta de que sus comunicaciones no eran tan privada como habían pensado en un principio. Para calmar parcialmente algunas ...Lee mas

Afortunadamente aplicación de D-Wave aparezca enfocada en algoritmos de optimización, y D-Wave hizo algunas decisiones de diseño (como la estructura jerárquica de interconexión en el chip) que indican que no se podía utilizar el Vesubio para resolver Algoritmo de Shor, lo que potencialmente desbloquear Internet tan mal que haría Robert Redford orgullosos.

Matemáticas láser

La segunda empresa en nuestra lista es Optalysys. Esta empresa con sede en Reino Unido lleva la informática y lo convierte en su cabeza usando la superposición analógica de la luz para realizar ciertas clases de computación utilizando la naturaleza de la luz misma. El video a continuación muestra algunos de los antecedentes y fundamentos del sistema Optalysys, presentado por El profesor Heinz Wolff.

Es una mano-Ondulado poco, pero, en esencia, es una caja que espero que algún día sentarse en su escritorio y proporcionar apoyo para las simulaciones de computación, CAD / CAM y la imagen médica (y quizás, solo quizás, juegos de ordenador). Al igual que el Vesubio, no hay manera de que la solución Optalysys se va a realizar tareas de computación principales, pero eso no es lo que está diseñado para.

Una forma útil de pensar en este estilo de procesamiento óptico es pensar en ello como una unidad física de procesamiento gráfico (GPU). GPU moderna‘S utilizan muchos muchos procesadores de transmisión en paralelo, realizando el mismo cálculo en diferentes datos que vienen de diferentes áreas de la memoria. Esta arquitectura se produjo como resultado natural de la forma en que se generan los gráficos por ordenador, pero esta arquitectura paralela se ha utilizado para todo, desde la negociación de alta frecuencia, a redes neuronales artificiales.Conoce a tu aceleradora de gráficos con absoluto detalle Con GPU-Z [Windows]Conoce a tu aceleradora de gráficos con absoluto detalle Con GPU-Z [Windows]La unidad GPU o procesamiento de gráficos, es la parte de su equipo a cargo del tratamiento de gráficos. En otras palabras, si los juegos son agitadas en el equipo o que no pueden manejar la configuración de muy alta calidad, ...Lee mas

Optalsys tiene los mismos principios y las traduce en una partición de datos a medio físico se convierte división del haz, álgebra lineal se convierte interferencia cuántica, funciones de estilo MapReduce se convierten en sistemas de filtrado óptico. Y todas estas funciones operan en constante, efectivamente instantánea, el tiempo.

El dispositivo prototipo inicial utiliza un elemento de rejilla 20 Hz 500 × 500 para llevar a cabo Fast Transformaciones de Fourier (básicamente, “¿qué frecuencias aparecen en este flujo de entrada?”) Y ha emitido equivalente decepcionante de 40 GFLOPS. Los desarrolladores están apuntando a un sistema 340 GFLOPS para el próximo año, lo que teniendo en cuenta el consumo de energía estimado, sería un resultado impresionante.

Entonces, ¿dónde está mi caja de Negro?

los historia de la informática nos muestra que lo que es inicialmente la reserva de los laboratorios de investigación y agencias gubernamentales rápidamente hace su camino en hardware de consumo. Desafortunadamente, la historia de la informática no ha tenido que hacer frente a las limitaciones de las leyes de la física, sin embargo.Una breve historia de las computadoras que cambió el mundoUna breve historia de las computadoras que cambió el mundoPuede pasar años profundizando en la historia del equipo. Hay toneladas de las invenciones, las toneladas de libros sobre ellos - y eso es antes de empezar a entrar en el señalamiento que inevitablemente se produce cuando ...Lee mas

Personalmente, no creo que D-Wave y Optalysys van a ser las tecnologías exactas que tenemos en nuestros escritorios en 5-10 años. Tengamos en cuenta que la primera reconocible “reloj inteligente” se dio a conocer en 2000 y no miserably- pero la esencia de la tecnología continúa en la actualidad. Del mismo modo, estas exploraciones en Quantum y aceleradores de computación óptica probablemente terminará como notas al pie en ‘la próxima gran cosa`.

ciencia de los materiales está acercándose más a las computadoras biológicas, utilizando estructuras de ADN similar a realizar una operación matemática. La nanotecnología y ‘programable Matter` se está acercando al punto eran en lugar de procesar‘datos`, material en sí mismo los dos para contener, representar y procesar la información.

Con todo, es un mundo nuevo y valiente para un científico computacional. ¿Dónde cree que todo esto sucede? Vamos a charlar sobre ello en los comentarios!

Créditos de las fotos: KL Intel Pentium A80501 por Konstantin Lanzet, Asci rojo - tflop4m por el Gobierno de los Estados Unidos - Sandia National Laboratories, DWave D2 por The Vancouver Sun, 128chip DWave por DWave Systems, Inc., Traveling Salesman problema por Randall Munroe (xkcd)