هر دو فوق العاده قدرتمند هستند، اما کدام مفیدتر است و چه تفاوتی با هم دارند؟
محاسبات طی چند دهه گذشته راه بسیار طولانی را طی کرده است. ما در بحبوحه یک انقلاب تکنولوژیکی هستیم و ماشین‌ها سال به سال پیشرفته‌تر می‌شوند. دو اختراع بسیار پیشرفته، ابررایانه و کامپیوتر کوانتومی، کاربردها و پتانسیل زیادی دارند. اما تفاوت بین یک ابر کامپیوتر و یک کامپیوتر کوانتومی چیست و کدام یک بهتر است؟
سوپر کامپیوتر چیست؟
ابررایانه‌ها سیستم‌های عظیمی هستند که می‌توانند از نظر اندازه کل اتاق‌ها را بپوشانند. این دستگاه‌ها هیچ شباهتی به رایانه رومیزی یا لپ‌تاپ معمولی شما ندارند. در عوض، ابررایانه‌ها از گروه‌های بزرگی از پردازنده‌ها تشکیل شده‌اند که همه با هم برای رسیدن به یک هدف خاص کار می‌کنند.
ابرکامپیوترها اولین بار در دهه 1960 و پس از ایجاد CDC (Control Data Corporation) 6600 پدیدار شدند. این اولین ابررایانه ای است که تا به حال ساخته شده است و تقریباً ده برابر قوی تر از رایانه های استاندارد آن زمان بود. اما همه چیز از آن زمان به بعد بسیار طولانی شده است.
ابرکامپیوترهای امروزی حداقل می توان گفت بسیار قدرتمند هستند. اما، البته، این همه نسبی است. CDC 6600 یک پدیده در محاسبات بود اما امروز به عنوان چیز خاصی دیده نمی شود. از این گذشته، تنها نیم دهه طول کشید تا CDC 7600 بر آن برتری پیدا کند.
مانند رایانه شخصی شما، ابر رایانه ها می توانند داده ها را پردازش و ذخیره کنند، اما بسیار فراتر از آن هستند. این ماشین‌ها می‌توانند محاسبات و شبیه‌سازی‌های فوق‌العاده پیچیده‌ای را انجام دهند که هرگز توسط انسان‌ها یا رایانه‌هایی که همه ما در زندگی روزمره از آن استفاده می‌کنیم، به دست نمی‌آیند. آنها همچنین می توانند به سرعت فرآیندهایی را انجام دهند که یک کامپیوتر معمولی ممکن است ماه ها یا سال ها طول بکشد تا تکمیل شود.
برای مثال، یک ابرکامپیوتر مدرن می‌تواند نتیجه یک انفجار هسته‌ای را پیش‌بینی کند، مدل‌های بسیار پیچیده‌ای از مغز تولید کند، و حتی شبیه‌سازی منشأ جهان را انجام دهد. قابلیت‌های این ماشین‌ها تا حدودی شگفت‌انگیز است و در صنایع مختلف مفید بوده است.
اما، در هسته خود، ابررایانه‌ها همان مهره‌ها و پیچ‌های کامپیوترهای معمولی را دارند. تفاوت این است که این رایانه‌ها بزرگ هستند و از هزاران یا صدها هزار CPU (واحد پردازش مرکزی) تشکیل شده‌اند، بنابراین قدرت پردازش بسیار بالاتری نسبت به رایانه شخصی استاندارد شما دارند. کامپیوتری که روزانه از آن استفاده می کنید احتمالاً تعداد انگشت شماری از هسته های CPU دارد که برخی از آنها فقط یک هسته دارند. بنابراین، تصور کنید اگر قدرت آن چندین برابر شود، چه چیزی می تواند به دست آید.
ابرکامپیوترها جذاب هستند اما ساخت و نگهداری آنها بسیار گران است. میلیون ها دلار را می توان در یک سوپرکامپیوتر ریخت و مقادیر زیادی انرژی الکتریکی برای فعال نگه داشتن آنها لازم است.
و حتی این ماشین های بسیار پیشرفته نیز محدودیت های خود را دارند. به ویژه، توانایی های ابررایانه ها به اندازه آنها محدود است. ابرکامپیوترهای امروزی در حال حاضر بسیار بزرگ هستند و هزینه زیادی برای کار کردن دارند. بنابراین، هر چه یک ابر رایانه بزرگتر شود، گرانتر می شود.
علاوه بر این، ابررایانه ها مقادیر زیادی گرما تولید می کنند که برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد باید حذف شود. در مجموع، استفاده از ابررایانه ها فرآیندی بسیار پرهزینه و جامع است. علاوه بر این، برخی از مشکلات وجود دارد که ابرکامپیوترها نمی توانند آنها را به سادگی حل کنند، زیرا آنها بسیار پیچیده هستند.
با این حال، یک بازیکن نسبتاً جدید در بازی محاسباتی می‌تواند توانایی پیشی گرفتن از ابررایانه‌ها را داشته باشد و به آنچه که نمی‌تواند دست یابد: رایانه‌های کوانتومی.
کامپیوتر کوانتومی چیست؟
مفهوم محاسبات کوانتومی اولین بار در دهه 1980 مطرح شد. در این مدت، پیشگامانی مانند ریچارد بنیوف، ریچارد فاینمن و یوری مانین در توسعه نظریه محاسبات کوانتومی مشارکت داشتند. اما در این برهه از زمان، محاسبات کوانتومی فقط یک ایده بود و هرگز در یک محیط واقعی به کار گرفته نشده بود.
هجده سال بعد، در سال 1998، آیزاک چوانگ، نیل گرشنفلد و مارک کوبینک اولین کامپیوتر کوانتومی را ساختند. سرعت پردازش این کامپیوتر در مقایسه با پیشرفته ترین کامپیوترهای کوانتومی امروزی ابتدایی است، اما توسعه این اولین ماشین در نوع خود انقلابی نبود.
همانطور که در تصویر بالا می بینید، کامپیوترهای کوانتومی هیچ شباهتی به کامپیوترهای معمولی ندارند. این به این دلیل است که آنها به روش های کاملاً متفاوتی عمل می کنند. در حالی که کامپیوترها و ابرکامپیوترها از کد باینری برای ذخیره اطلاعات استفاده می کنند، کامپیوترهای کوانتومی از واحدهای کوچکی به نام کیوبیت (یا بیت کوانتومی) استفاده می کنند.
کیوبیت ها به طرز غیر قابل تصوری کوچک هستند. آنها حتی از سیستم های کوانتومی کوچکتر مانند پروتون ها و الکترون ها که اجزای اساسی اتم ها هستند، ساخته شده اند. چیزی که در مورد کیوبیت ها عالی است این است که می توانند در چندین حالت همزمان وجود داشته باشند. بیایید این را تجزیه کنیم.
کد باینری فقط همین است، باینری. این بدان معنی است که بیت ها فقط می توانند به صورت صفر یا یک وجود داشته باشند، که می تواند در انجام فرآیندهای پیشرفته محدود کننده باشد. از سوی دیگر، کیوبیت ها می توانند به طور همزمان در چندین حالت وجود داشته باشند که به عنوان برهم نهی کوانتومی شناخته می شود. کیوبیت ها همچنین می توانند به درهم تنیدگی کوانتومی دست یابند که در آن جفت کیوبیت ها به هم متصل می شوند.
با استفاده از برهم نهی کوانتومی، رایانه های کوانتومی می توانند چندین پیکربندی کیوبیت را به طور همزمان در نظر بگیرند و حل مسائل بسیار پیچیده را بسیار آسان تر می کند. و از طریق درهم تنیدگی کوانتومی، دو کیوبیت می‌توانند در یک حالت وجود داشته باشند و به روش‌های قابل پیش‌بینی ریاضی بر یکدیگر تأثیر بگذارند. این به توانایی پردازش کامپیوترهای کوانتومی کمک می کند.
به طور کلی، توانایی در نظر گرفتن چندین حالت به طور همزمان به کامپیوترهای کوانتومی این امکان را می دهد که محاسبات بسیار پیچیده را حل کنند و شبیه سازی های بسیار پیشرفته را اجرا کنند.
شرکت های مختلفی در حال حاضر روی توسعه کامپیوترهای کوانتومی کار می کنند، از جمله IBM و گوگل. به عنوان مثال، طبق گفته New Scientist، در سال 2019، گوگل ادعا کرد که رایانه کوانتومی آن، Sycamore، از یک ابر رایانه در توانایی های خود پیشی گرفته است. گوگل اعلام کرد که سیکامور در 200 ثانیه می تواند محاسباتی را حل کند که انجام آن برای یک ابر رایانه 10000 سال طول می کشد.
اما تنها دو سال بعد، مجدداً، طبق گفته New Scientist، یک الگوریتم غیرکوانتومی در چین ایجاد شد که این امکان را برای رایانه‌های معمولی فراهم می‌آورد که همان مشکل را تنها در چند ساعت حل کنند، به این معنی که یک ابر رایانه قطعاً قادر به حل آن خواهد بود. ، هم.
بنابراین، یک “اگر” بزرگ در کل حوزه محاسبات کوانتومی وجود دارد. این فناوری هنوز بسیار در مراحل اولیه خود است و راه درازی در پیش دارد تا بتوان به عنوان جایگزینی برای ابررایانه ها به آن اعتماد کرد.
ساخت و برنامه نویسی کامپیوترهای کوانتومی فوق العاده دشوار است و هنوز هم نرخ خطای بالایی دارند. علاوه بر این، قدرت پردازش فعلی کامپیوترهای کوانتومی آنها را برای برنامه های معمولی کاملا نامناسب می کند. در نتیجه، مشکلات زیادی وجود دارد که محاسبات کوانتومی باید قبل از تبدیل شدن به یک فناوری قابل اعتماد و پرکاربرد، پشت سر بگذارد.
سوپرکامپیوترها در حال حاضر مورد استفاده هستند
در حالی که کامپیوترهای کوانتومی این پتانسیل را دارند که از ابرکامپیوترها پیشی بگیرند، این هنوز تا حد زیادی فرضی است. روزی ممکن است شاهد پیشرفت محاسبات کوانتومی تا جایی باشیم که دیگر نیازی به ابررایانه ها نباشد. نمی توان انکار کرد که در حال حاضر پیشرفت های بزرگی در این زمینه ایجاد شده است. اما در حال حاضر، کامپیوترهای کوانتومی هنوز در مراحل اولیه خود هستند و ممکن است دهه ها طول بکشد تا آنها به جریان اصلی تبدیل شوند.