Ο νόμος του Moore λέει ότι ο αριθμός των τρανζίστορ σε ένα μικροτσίπ διπλασιάζεται κάθε δύο χρόνια. Το επακόλουθο θα είναι η αύξηση ταχύτητας και ικανότητας των υπολογιστών μας με ταυτόχρονη μείωση του κόστους αγοράς. Τα συμβατικά ολοκληρωμένα κυκλώματα «Πεθαίνουν»

Η πρώτες  δυσοίωνες  εκτιμήσεις για την φθίνουσα πορεία του νόμου άρχισαν το 2015 από την Intel. Το 2012 κυκλοφόρησαν ημιαγωγοί των 22 νανομέτρων και συνεχίστηκε το 2014 με την εμφάνιση των ημιαγωγών των 14 νανομέτρων. Σύμφωνα με τον «Νόμο του Μουρ», το 2016 θα έπρεπε να εισαχθούν οι νέοι ημιαγωγοί των 10 νανομέτρων. Ωστόσο, η Intel ανακοίνωσε πως λόγω δυσκολιών στην κατασκευή τους η μετάβαση στην τεχνολογία των ημιαγωγών 10 νανομέτρων θα πραγματοποιηθεί το 2017, αυξάνοντας το χρονικό διάστημα που απαιτείται για τον διπλασιασμό του αριθμού των τρανζίστορ στα δυόμισι έτη.

 Οι CPU, GPU και TPU

Κάθε εταιρεία παράγει chip για συγκεκριμένες εργασίες. Η Intel κεντρικούς επεξεργαστές (CPU) η Nvidia επεξεργαστές γραφικών (GPU) ακόμα και η Broadcom κατασκεύαζε επεξεργαστές για δίκτυα.  Η εποχή έχει αλλάξει και πλέον κάθε εταιρεία θα πρέπει να κατασκευάζει δικούς της επεξεργαστές για συγκεκριμένους σκοπούς που θα θέλει να επιτύχει.

Το όλο νόημα ενός επεξεργαστή είναι να εκτελεί το λογισμικό. Όπως είπαμε, στο παρελθόν, μπορούσες να κερδίσεις σε απόδοσή για το λογισμικό κατασκευάζοντας πιο πυκνά τσιπ. Τώρα οι εταιρείες θα πρέπει να εξεταστεί το πρόβλημα από την πλευρά του λογισμικού.

Tensor Processing Unit (TPU) είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα για συγκεκριμένη εφαρμογή, για την επιτάχυνση υπολογισμών και αλγορίθμων AI. Η Google το αναπτύσσει ειδικά για μηχανική εκμάθηση νευρωνικών δικτύων το λογισμικό TensorFlow. Η ίδια ιστορία και από την Apple και τους επεξεργαστές της σειράς M και A. Σε όλα αυτά, το θέμα είναι η βελτιστοποίηση του υλικού για το λογισμικό.

Ματιά στο μέλλον

Λαμβάνοντας υπόψη όλους αυτούς τους παράγοντες, είναι απαραίτητο να αναζητήθεί ευρέως εναλλακτικούς τρόπους υπολογισμού εκτός των ηλεκτρονίων και των τρανζίστορ πυριτίου από τους οποίους εξαρτάται ο νόμος του Moore.

Μια εναλλακτική, που συνεχίζει να κερδίζει ορμή, είναι οι κβαντικοί υπολογιστές. Είναι ακόμη πολύ νωρίς για να προβλεφθεί πότε θα υιοθετηθεί ευρέως, αλλά υπάρχουν ήδη ενδιαφέροντα παραδείγματα χρήσης τους στις επιχειρήσεις.

Τέλος, βλέπουμε έναν αυξανόμενο αριθμό πειραμάτων με υλικά χωρίς πυρίτιο. Οι σύνθετοι ημιαγωγοί συνδυάζουν δύο ή περισσότερα στοιχεία από τον περιοδικό πίνακα, όπως το γάλλιο και το άζωτο. Διαφορετικά ερευνητικά εργαστήρια δοκιμάζουν επίσης τρανζίστορ κατασκευασμένα από πυρίτιο-γερμάνιο ή γραφένιο. Τελευταίο αλλά όχι λιγότερο σημαντικό, ορισμένοι ερευνητές εξερευνούν βιολογικούς υπολογιστές. Χρησιμοποιώντας κύτταρα ή DNA ως ολοκληρωμένα κυκλώματα, αλλά αυτό απέχει ακόμη περισσότερο από οποιαδήποτε βιομηχανική χρήση.

Για να προχωρήσουμε πέρα ​​από το νόμο του Moore, πρέπει να ξεπεράσουμε τα όρια του κλασικού υπολογισμού με ηλεκτρόνια και πυρίτιο και να εισέλθουμε στην εποχή των υπολογιστών χωρίς πυρίτιο. Τα καλά νέα είναι ότι υπάρχουν πολλές επιλογές, από κβαντικούς υπολογιστές, μέχρι θαυματουργά υλικά όπως το γραφένιο, στους οπτικούς υπολογιστές και τα εξειδικευμένα τσιπ. Όποια και αν είναι η πορεία προς τα εμπρός, το μέλλον των υπολογιστών είναι σίγουρα συναρπαστικό!

Το άρθρο Τα συμβατικά ολοκληρωμένα κυκλώματα «Πεθαίνουν» εμφανίστηκε πρώτα στο i-diadiktio.

Borealis

Το τσιπ Borealis χρησιμοποιεί γρήγορες μεταδόσεις φωτός(Burst) για τη μεταφορά κβαντικών πληροφοριών. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτό είναι ένα τεράστιο άλμα προς τα εμπρός για τα κβαντικά τσιπ.

Πως δουλεύουν

Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι διαφορετικοί από τους παραδοσιακούς υπολογιστές. Το σημαντικότερο είναι η επεξεργασία τριών μονάδων δεδομένων αντί μόνο δύο. Οι υπολογιστές που έχουμε συνηθίσει να χρησιμοποιούμε λειτουργούν δυαδικά (0, 1). Όμως οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν αυτό που ονομάζεται qubits (0, 1, και τα δύο). Δηλαδή υπάρχει κατάσταση με 0 και 1 ταυτόχρονα.

Κβαντική εμπλοκή

Επιτρέπει στα qubit που τα χωρίζουν απίστευτες αποστάσεις να αλληλοεπιδρούν μεταξύ τους στιγμιαία (χωρίς περιορισμό από την ταχύτητα του φωτός). Συμπερασματικά ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλη είναι η απόσταση μεταξύ των σωματιδίων.  Αυτά είναι σε συσχέτιση όσο είναι σε απομονωση.

Επίλογος

Αν και αυτά τα νέα είναι σίγουρα συναρπαστικά, οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν ακόμη πολύ δρόμο μπροστά τους. Το Υπουργείο Άμυνας του Ηνωμένου Βασιλείου προχώρησε στην αγορά του πρώτου  κβαντικού υπολογιστή για να εκτελέσει δοκιμές. Όμως τα qubits πρέπει να περιμένουν την επιστήμη να προχωρήσει.

Το άρθρο Καινοτομία στους κβαντικούς υπολογιστές εμφανίστηκε πρώτα στο i-diadiktio.

Ο δρόμος είναι μακρύς

Στη χρονική κλίμακα των γεγονότων, μάλλον βρισκόμαστε ακόμη στην εποχή του κενού-σωλήνα ισοδύναμο για τους κβαντικούς υπολογιστές. Οι ερευνητές συστημάτων το αποκαλούν “θορυβώδες κβαντικό ενδιάμεσης κλίμακας” (NISQ, προφέρεται παρόμοιο με την εποχή “RISC” και “CISC”). Οι κβαντικοί επεξεργαστές αρχίζουν να δείχνουν δυνατότητες για υπολογιστική υπεροχή σε ορισμένα προβλήματα, αλλά λειτουργούν σε ένα πολύ θορυβώδες καθεστώς που είναι πολύ επιρρεπές σε λάθη.

Προκειμένου να επιτευχθεί η ευρεία υιοθέτηση που απολαμβάνουν οι κλασικοί υπολογιστές. Πρέπει να αναπτυχθούν και να εφαρμοστούν πολύ περισσότερες καινοτομίες και τεχνικές σε όλο το εύρος τους. Παρόμοιες με την εξέλιξη των κλασικών υπολογιστών.

Συνεργασία κβαντικού με κλασικό

Ταυτόχρονα, οι κβαντικοί υπολογιστές πιθανότατα δεν θα αντικαταστήσουν τα κλασικά μηχανήματα. Θα συνεργαστούν παράλληλα με τους κλασικούς υπολογιστές για να επιταχύνουν ορισμένες εφαρμογές. Αυτό είναι ανάλογο με το πώς χρησιμοποιούνται σήμερα οι GPU για την επιτάχυνση των χειρισμών γραφικών. Για το σκοπό αυτό, το υλικό κβαντικών υπολογιστών αναφέρεται συνήθως ως QPUs, ή κβαντικές μονάδες επεξεργασίας, και / θα ελέγχονται από έναν κεντρικό επεξεργαστή όπως μια CPU.

Πίσω στο μέλλον

Ακριβώς όπως οι επιστήμονες και οι επιχειρηματίες συγκεντρώθηκαν για να μας οδηγήσουν στην τρέχουσα εποχή της πληροφορίας. Πρέπει να το κάνουν ξανά για τους κβαντικούς υπολογιστές.

Αυτή τη φορά, ωστόσο, αντί να αξιοποιηθούν και να τιθασεύσουν τις κλασικές ιδιότητες των ηλεκτρονίων, η πρόκληση είναι να ελέγξουν τις κβαντικές ιδιότητες του σύμπαντος και να αξιοποιήσουν αυτές σε υπολογισμούς.

Με απλά λόγια

Οι σύγχρονοι υπολογιστές χρησιμοποιούν μόνο 2 καταστάσεις: ενεργοποίηση και απενεργοποίηση (1 και 0). Έχουμε εκμεταλλευτεί αυτές τις δυνατότητες για να κάνουμε λογικές λειτουργίες σε κλίμακα, όπου οι σύγχρονοι επεξεργαστές μπορούν να εκτελούν δισεκατομμύρια τέτοιες λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο.

Η κβαντική υπολογιστική μετατοπίζεται και λειτουργεί σύμφωνα με τις αρχές της κβαντικής μηχανικής, όπου οι καταστάσεις δεν είναι πλέον δυαδικές και μπορούν να είναι 1 ΚΑΙ 0 ταυτόχρονα.

Η μελέτη της κβαντικής πληροφορικής βρίσκεται σε πρώιμα στάδια και οι υπολογισμοί που μπορούμε να κάνουμε σήμερα είναι ασταθείς και επιρρεπείς σε σφάλματα. Πιστεύεται ότι τα επόμενα χρόνια, οι δυνατότητες της κβαντικής πληροφορικής θα ξεπεράσουν κατά πολύ αυτά που μπορούμε να κάνουμε με τους «κλασικούς» υπολογιστές. Ιδίως για την επίλυση ορισμένων υπολογιστικών προβλημάτων που είναι πολύ δύσκολα με τους σημερινούς επεξεργαστές.

Το άρθρο Κβαντικοί Υπολογιστές εμφανίστηκε πρώτα στο i-diadiktio.