A számítástechnika hihetetlenül hosszú utat tett meg az elmúlt néhány évtizedben. Technológiai forradalom közepette vagyunk, a gépek évről évre egyre fejlettebbek. Két különösen fejlett találmány, a szuperszámítógép és a kvantumszámítógép rengeteg alkalmazást és lehetőséget rejt magában. De mi a különbség a szuperszámítógép és a kvantumszámítógép között, és melyik a jobb?
Mi az a szuperszámítógép?
A szuperszámítógépek hatalmas rendszerek amely egész helyiségre kiterjedhet. Ezek a gépek egyáltalán nem hasonlítanak a tipikus asztali számítógépekre vagy laptopokra. A szuperszámítógépek inkább processzorok nagy csoportjaiból állnak, amelyek mindegyike együtt dolgozik egy adott cél elérése érdekében.
A szuperszámítógépek először az 1960-as években jelentek meg, a CDC (Control Data Corporation) 6600 megalkotásakor. Ez az első szuperszámítógép, amelyet valaha építettek, és körülbelül tízszer erősebb volt, mint az akkori szabványos számítógépek. De a dolgok azóta nagyon sokat fejlődtek.
A mai szuperszámítógépek enyhén szólva rendkívül erősek. De persze ez mind relatív. A CDC 6600 jelenség volt a számítástechnikában, de ma már semmi különösnek nem tekintik. Végül is csak fél évtizedbe telt, mire a CDC 7600 felülmúlta. Ezért tartsa ezt szem előtt, amikor a szuperszámítógépek mai teljesítményét mérlegeli.
A saját PC-hez hasonlóan a szuperszámítógépek is képesek feldolgozni és tárolni az adatokat, de ennél sokkal tovább mennek. Ezek a gépek olyan hihetetlenül összetett számításokat és szimulációkat tudnak végrehajtani, amelyeket az emberek vagy a mindennapi életünkben használt számítógépek soha nem tudnának megvalósítani. Gyorsan végre tudnak hajtani olyan folyamatokat is, amelyek végrehajtása egy hagyományos számítógépen hónapokig vagy évekig tarthat.
Például egy modern szuperszámítógép képes megjósolni egy nukleáris robbanás eredményét, rendkívül összetett agymodelleket készíthet, és akár szimulációkat is végezhet az univerzum eredetéről. Ezeknek a gépeknek a képességei némileg megdöbbentőek, és számos iparágban hasznosnak bizonyultak.
De lényegükben a szuperszámítógépek ugyanazokkal az anyákkal és csavarokkal rendelkeznek, mint a hagyományos számítógépek. A különbség az, hogy ezek a számítógépek hatalmasak, és több ezer vagy százezerből állnak CPU-k (központi feldolgozó egységek), és ezért sokkal nagyobb feldolgozási teljesítményt rejt magában, mint a hagyományos PC-je. A naponta használt számítógép valószínűleg egy maroknyi CPU magot tartalmaz, néhányan pedig csak egyet. Tehát képzeljük el, mit lehetne elérni, ha az erejét sokszorosára növelnénk.
A szuperszámítógépek lenyűgözőek, de hihetetlenül költségesek megépíteni és fenntartani. Dollármilliókat lehet egyetlen szuperszámítógépbe önteni, és hatalmas mennyiségű elektromos áramra van szükség a működésükhöz.
És még ezeknek a rendkívül fejlett gépeknek is megvannak a korlátai. Különösen a szuperszámítógépek képességei a méretükre korlátozódnak. Napjaink szuperszámítógépei már most is hatalmasak, és sok pénzbe kerül a működtetés. Tehát minél nagyobb egy szuperszámítógép, annál drágább lesz.
Ráadásul a szuperszámítógépek hatalmas mennyiségű hőt termelnek, amelyet el kell távolítani a túlmelegedés elkerülése érdekében. Összességében a szuperszámítógépek használata nagyon költséges és kimerítő folyamat. Ezenkívül vannak olyan problémák, amelyeket a szuperszámítógépek nem tudnak megoldani egyszerűen azért, mert túl bonyolultak.
Azonban egy viszonylag új játékos a számítástechnikai játékban magában rejtheti azt a képességet, hogy felülmúlja a szuperszámítógépeket, és elérje azt, amit nem: a kvantumszámítógépeket.
Mi az a kvantumszámítógép?
A a kvantumszámítás fogalma először az 1980-as években jelent meg. Ez idő alatt olyan úttörők, mint Richard Benioff, Richard Feynman és Yuri Manin járultak hozzá a kvantumszámítási elmélet kidolgozásához. De ebben az időben a kvantumszámítás csak egy ötlet volt, és soha nem alkalmazták valós környezetben.
Tizennyolc évvel később, 1998-ban Isaac Chuang, Neil Gershenfeld és Mark Kubinec megalkotta az első kvantumszámítógépet. Ennek a számítógépnek a feldolgozási sebessége kezdetleges a mai legfejlettebb kvantumszámítógépekhez képest, de ennek a maga nemében elsőnek számító gép fejlesztése nem volt más, mint forradalmi.
Amint a fenti képen látható, a kvantumszámítógépek egyáltalán nem hasonlítanak a tipikus számítógépekhez. Ennek az az oka, hogy drasztikusan eltérő módon működnek. Míg a számítógépek és szuperszámítógépek bináris kódot használnak az információk tárolására, a kvantumszámítógépek apró egységeket, úgynevezett qubiteket (vagy kvantumbiteket) használnak.
A Qubitok elképzelhetetlenül kicsik. Még kisebb kvantumrendszerekből állnak, például protonokból és elektronokból, az atomok alapvető alkotóelemeiből. A qubitek nagyszerűsége az, hogy egyszerre több állapotban is létezhetnek. Bontsuk ezt le.
Bináris kód csak ez, bináris. Ez azt jelenti, hogy a bitek csak nullaként vagy egyesként létezhetnek, ami korlátozó lehet a fejlett folyamatok végrehajtása során. Másrészt a Qubitok egyszerre több állapotban is létezhetnek, amit kvantum-szuperpozíciónak neveznek. A qubitek kvantumösszefonódást is elérhetnek, amelyben a kubitpárok összekapcsolódnak.
A kvantum-szuperpozíció segítségével a kvantumszámítógépek egyszerre több qubit konfigurációt is figyelembe tudnak venni, így sokkal könnyebben megoldhatók a rendkívül összetett problémák. És a kvantumösszefonódás révén két qubit létezhet ugyanabban az állapotban, és matematikailag megjósolható módon hatnak egymásra. Ez hozzájárul a kvantumszámítógépek feldolgozási képességéhez.
Összességében a több állapot egyidejű figyelembevételének képessége biztosítja a kvantumszámítógépek számára a rendkívül összetett számítások megoldásának lehetősége és futtasson rendkívül fejlett szimulációkat.
Jelenleg számos cég dolgozik kvantumszámítógépek fejlesztésén, köztük az IBM és a Google. Például a szerint Új tudós2019-ben a Google azt állította, hogy kvantumszámítógépe, a Sycamore képességeiben felülmúlta a szuperszámítógépeket. A Google kijelentette, hogy a Sycamore 200 másodperc alatt meg tud oldani egy olyan számítást, amely egy szuperszámítógépnek 10 000 évig tartana.
De csak két évvel később, ismét, ahogyan az volt Új tudós, Kínában fejlesztettek ki egy nem kvantum algoritmust, amely lehetővé tette a hagyományos számítógépek számára a megoldást ugyanaz a probléma néhány óra alatt, vagyis egy szuperszámítógép biztosan képes lenne megoldani, is.
Tehát van egy nagy „ha” a kvantumszámítástechnika egész területén. Ez a technológia még nagyon korai szakaszában jár, és hosszú utat kell megtennie ahhoz, hogy a szuperszámítógépek alternatívájaként támaszkodhasson rá.
A kvantumszámítógépeket hihetetlenül nehéz megépíteni és programozni, és még mindig magas a hibaarányuk. Ráadásul a kvantumszámítógépek jelenlegi feldolgozási teljesítménye teljesen alkalmatlanná teszi őket a tipikus alkalmazásokhoz. Ennek eredményeként a kvantumszámítógépnek számos növekvő fájdalmon kell keresztülmennie, mielőtt megbízható és széles körben használt technológiává válna.
A szuperszámítógépek most a legjobbak
Noha a kvantumszámítógépek nagymértékben felülmúlhatják a szuperszámítógépeket, ez még mindig nagyrészt hipotetikus. Egy napon azt láthatjuk, hogy a kvantumszámítógép odáig fejlődik, hogy a szuperszámítógépekre már nincs szükség. Tagadhatatlan, hogy óriási fejlesztések történtek már ezen a téren. Egyelőre azonban a kvantumszámítógépek még korai stádiumban vannak, és évtizedekbe telhet, mire általánossá válnak.