Почему развитие компьютеров остановилось
Обновлено: 07.07.2024
Примерно десять лет назад Стив Джобс заявил о скорой смерти персональных компьютеров. И был поддержан множеством отраслевых экспертов, журналистов, предпринимателей рангом пониже. Но миновало десятилетие, не стало уже и самого Стива Джобса, а персональные компьютеры по-прежнему живее всех живых. Правда, некоторые тревожные тенденции для рынка настольных ПК все-таки прослеживаются: продажи настольных ПК падают на протяжении всего десятилетия, и сейчас, в сравнении с 2011 годом, их продается примерно на 30% меньше.
То есть, Джобс был не так уж неправ? Похоже, какое-то рациональное зерно в его высказывании было. Но истина, как водится, оказалась где-то посередине – рынок просто трансформировался, доля персональных компьютеров стала несколько меньшей, но по многим параметрам наши настольные рабочие станции все ещё не знают себе равных и вряд ли собираются полностью уходить в небытие.
Но внезапно заговорили о другой угрозе: по мнению некоторых экспертов, уже через десять лет на рынке может появиться следующее поколение ПК, а именно квантовые компьютеры. И их превосходство надобычными будет так велико, что наши нынешние кремниевые любимцы быстро сдадут позиции и станут анахронизмом.
Квантовые компьютеры вещь довольно странная и малопонятная, как и все, впрочем, что связано с квантами. Недаром ведь существует даже термин «квантовая запутанность». Да, он имеет довольно точное научное значение, но нам обычно кажется, что он определяет все это направление научной мысли: если дело касается чего-то квантового, то там точно все запутанно и совершенно непонятно…
Обычному человеку достаточно того, что квантовые компьютеры будут значительно мощнее своих предшественников. Предполагается, что они смогут в считанные минуты решать задачи, на которые нынешним суперкомпьютерам требуются месяцы, а то и годы. И уже есть потенциальные потребители таких систем, которые, как говорится, за ценой не постоят: военные, спецслужбы, ученые.
Появление квантовых компьютеров обещает революцию в криптографии, то есть, любой нынешний сложнейший шифр можно будет взломать если не за минуты, то максимум за недели. А это один из важнейших вопросов безопасности, поэтому вопрос «нужен ли нам квантовый компьютер?» вообще не стоит: если мы не хотим, чтобы секретные коды наших военных и спецслужб легко взламывались спецслужбами иностранными, нам волей-неволей придется обзавестись собственным квантовым компьютером. Причем, очевидно, что шифры, которые использовались ранее и используются сейчас, все-таки будут взломаны, и нынешние секреты станут известны тем, кому это интересно. Но благодаря квантовым компьютерам удастся вывести на новый уровень и само шифрование, сделав нечитаемыми хотя бы шифры будущего.
Эта тема важна хотя бы как иллюстрация того, что в квантовой гонке ведущие мировые игроки не могут остановиться и проиграть. Это слишком серьезно. Поэтому, повторимся, интерес к данной тематике будет в любом случае, а значит, будут и государственные инвестиции, и государственные заказы, и госпрограммы, и лучшие умы человечества будут биться над тем, чтобы заставить кубиты работать на благо человека. А следом, как уже множество раз было в истории, подтянется и коммерческий сегмент, и некогда нечто секретное и недоступное станет обыденностью на каждом рабочем столе.
Так в чем же превосходство квантового компьютера перед обычным, с кремниевыми транзисторами, объединенными с процессоры? На самом деле это очень непросто для понимания, и все-таки попробуем проиллюстрировать вопрос самыми простыми аналогиями.
Информация в обычном компьютере хранится в так называемых битах. То есть, базовая ячейка информации может содержать информацию в неких противоположных значениях – да или нет, плюс или минус. В отличие от бита, квантовый компьютер может оперировать кубитами. Это уже более сложная ячейка информации, которая может одновременно значить и «да», и «нет», и некие промежуточные положения, вроде «может быть» и «весьма вероятно».
Понятнее не стало? Хорошо, давайте вспомним об азбуке Морзе. Там, как вы помните, информация передается с помощью всего двух операторов – точки и тире. Каждая буква имеет свое обозначение в этом двоичном коде, и часто для передачи всего одной буквы используется сразу несколько точек и тире. Соответственно, любое слово, переданное азбукой Морзе, превращается в довольно длинный набор символов.
А чтобы хотя бы отдаленно понять, что такое кубит, давайте представим себе любой наш пароль, скрытый звездочками при наборе. Каждая звездочка может скрывать одну из букв алфавита, причем, в двух регистрах, цифру или какой-то знак препинания. Суммарно под одной звездочкой в поле набора пароля может скрываться несколько десятков, а то и сотен, вариантов. Соответственно, если в вашем пароле десяток знаков, то сам пароль предполагает, грубо говоря, десять в десятой степени вариантов перебора.
Конечно, кубит содержит существенно меньше вариантов, поэтому он потенциально не так информативен, как звездочка в поле набора вашего пароля. Но в сравнении с обычным битом его информативность очень велика.
Есть, разумеется, и другие отличия, и отличия очень существенные, влияющие, в том числе, и на производительность, но давайте, наверное, ограничимся только этим пояснением, чтобы не сойти с ума от всей этой квантовой запутанности. Констатируем лишь, что ученые не так уж неправы, возлагаю на квантовые компьютеры такие большие надежды…
Кстати, нужно сказать, что квантовые компьютеры постепенно перестают быть чисто теоретической умозрительной игрушкой ученых. Так, компанияGoogleв прошлом году продемонстрировала свой квантовый процессор, который за три с половиной минуты справился с задачей, на которую у самого производительного современного компьютера ушли бы недели. И это зримое, практическое подтверждение так называемого квантового превосходства наглядно показывает, что ученые правы в своих теоретических изысканиях. А кроме того, понятно и то, что важнейший шаг к разработке уже не экспериментальных, а промышленных квантовых процессоров сделан, и теперь эту гонку не остановить.
В связи с этим очень интересно, как же обстоят дела с этим в России. Увы, гонку за кремний мы проиграли с треском, буквально в одни ворота, и не случится ли так, что проиграем и квантовое сражение? Вопрос не праздный, ибо последствия могут быть весьма плачевными, вплоть до частичной утраты обороноспособности государства.
Но у нас, как ни странно, пока все не так уж и плохо, как можно было ожидать. Или уже все не так уж и плохо, это смотря как трактовать информацию…
В 2010 году по инициативе Сергея Белоусова, создателя IT-компании Acronis, и Михаила Лукина, физика, профессора Гарвардского университета, в России был создан Российский квантовый центр. К работе он приступил в 2011 году, став одним из первых резидентов Сколково. РКЦ занимается широким спектром задач, связанных с прикладными аспектами квантовой физики: квантовой оптикой, созданием квантовых материалов, квантовой информатикой, сверхпроводимостью и так далее.
Центр сотрудничает с ведущими научными организациями России, в том числе с ведущими университетами страны от Санкт-Петербурга до Новосибирска, планируются с серьезные совместные проекты с РАН. И результаты не заставили себя долго ждать: в 2015 году специалисты Центра, совместно с МФТИ, МИСиС и ИФТТ РАН создали первый в России сверхпроводящий кубит. А в 2017 году результатом их деятельности стало создание первого в мире квантового блокчейна.
Разумеется, и другие научные центры страны, сами или под эгидой Российской академии наук, ведут исследования в области квантовой физики, в том числе в части, касающейся квантовых вычислений. И результаты довольно впечатляющие: по словам людей, близких к данному процессу, за последние годы Россия сократила минимум десятилетнее отставание от признанным мировых лидеров в области квантовой физики. А десять лет для сравнительно новой области знаний и исследований – срок просто огромный.
Вместе с тем, мы все-таки должны помнить о том, что квантовый компьютер весьма специфичен, и лучше всего подходит для решения математических задач, вычислений, вероятностных прогнозов и т. п. Приспособить его для потребительского сегмента весьма непросто: пока не факт, что для компьютерных игр или других популярных у пользователей задач он будет подходить лучше, чем нынешние кремниевые ПК. Кроме того, он требует совершенно новой информатики, а значит, разработки новых операционных систем, служебных приложений, графических движков и так далее. А это само по себе – огромная работа, которая начнется только тогда, когда промышленность будет готова к созданию первых образцов квантовых компьютеров для массового сегмента. А это ещё, как минимум, десятилетие до того момента, как обычный пользователь перестанет ощущать разницу в комфортности и удобстве между обычным ПК, и квантовым.
Поэтому рискнем утверждать, что до смерти ПК в его нынешнем виде ещё очень далеко. И если вы вдруг задумались о том, стоит ли покупать компьютер сейчас, или подождать немного, подкопить сразу на квантовый, оставьте сомнения: если не собираетесь ждать и копить двадцать лет, берите компьютер смело. Обычный, с кремниевым чипом. Для ваших задач конкурентов у него не появится ещё долго…
В 1958 году инженер компании «Texas Instruments» по имени Джек Килби нанес узор на поверхность чипа из полупроводникового германия 11 миллиметров в длину, создав, таким образом, первую в мире интегральную схему. Так как эта схема содержала лишь один транзистор – что-то вроде миниатюрного переключателя – чип мог сохранять только один бит информации: либо 1, либо 0 в зависимости от конфигурации транзистора.
С тех пор инженеры с поразительным постоянством ежегодно удваивают количество транзисторов в компьютерных чипах. Им это удается путем уменьшения вполовину размеров самих транзисторов. На сегодняшний день, после десятков повторений этого цикла удвоения и уменьшения вполовину, размеры транзисторов составляют лишь несколько атомов, а обычный компьютерный чип содержит до 9 миллионов таких транзисторов на квадратный миллиметр. Компьютеры с большим количеством транзисторов могут выполнять больше вычислений в секунду и становятся все мощнее. Удвоение мощности компьютеров каждые два года известно как закон Мура в честь инженера компании «Intel» Гордона Мура, первым заметившего эту тенденцию в 1965 году.
Закон Мура объясняет потерю популярности прошлогодних моделей ноутбуков и, несомненно, сделает технические новинки следующего года поразительно маленькими и мощными в сравнении с современными устройствами. Но если не принимать во внимание спрос потребителей, куда же, в конечном счете, направлен этот экспоненциальный рост компьютерной мощности? Станут ли компьютеры в итоге умнее людей? И остановятся ли они когда-либо в развитии мощности?
Сингулярность
Многие ученые считают, что экспоненциальный рост компьютерной мощности неизбежно ведет к моменту в будущем, известного как сингулярность, когда компьютеры достигнут уровня человеческого разума. И, по мнению многих, этот момент не за горами.
Физик Рей Курцваль, считающий себя футуристом, предвидит, что компьютеры в течение двух десятилетий сравняются с человечеством. В прошлом году он заявил, что инженерам удастся воссоздать мозг человека к середине 2020-х годов, а к концу того же десятилетия компьютеры достигнут уровня человеческого разума.
Вывод основан на основе проецирования закона Мура в будущее. Если мощность компьютеров и далее будет удваиваться каждые два года, то, как объясняет выдающийся профессор компьютерных наук и новатор в сфере компьютерных технологий Питер Деннинг, к 2030 году любая технология, используемая нами, будет значительно меньше. Благодаря этому мы сможем поместить все вычислительные способности человеческого мозга в физический объем размером с сам мозг. По мнению футуристов, именно это и нужно для искусственного разума. С этого момента компьютер начинает мыслить самостоятельно.
Что случится далее – непонятно, и именно над этим вопросом раздумывают ученые со времен рассвета компьютерных технологий.
«Как только будет найден метод заставить машину думать, немного времени уйдет на то, чтобы превзойти нас с нашими скромными возможностями, - отметил в 1951 году Алан Тюринг в своей работе «Мыслящие машины: еретическая теория». – Потому нам следует ожидать, что на каком-то этапе машины обретут контроль». Британский математик И.Дж. Гуд считал, что «сверхразумные» машины после своего появления смогут спроектировать еще более эффективные машины. «Это, безусловно, станет этапом бурного развития интеллекта, и разум человека останется далеко позади. Таким образом, первая сверхразумная машина – это последнее, что человеку вообще следует изобретать», - писал он.
Шумиха вокруг грядущей сингулярности возросла до того, что в следующем месяце даже готовится к появлению книга «Приближение сингулярности», автором которой стал Джеймс Миллер, доцент кафедры экономики колледжа Смита. В этой работе рассказывается о том, как выжить в мире после появления сингулярности.
Обработка данных по типу мозга
Однако не все верят в понятие сингулярности или считают, что мы ее когда-либо достигнем. «На сегодняшний день многие ученые, исследующие работу мозга, уверены, что его сложность настолько непостижима, что даже если нам и удастся построить компьютер, имитирующий его структуру, нам все же неизвестно, сможет ли получившееся устройство функционировать, как мозг», - отмечает Деннинг. Возможно, без сенсорных данных из окружающего мира компьютеры никогда не обретут самосознание.
Есть и другие мнения, в соответствии с которыми закон Мура либо будет нарушен вскоре, либо уже не действует. Аргументы основаны на том факте, что инженеры не могут сделать транзисторы еще меньше, чем сейчас, так как на данном этапе они уже ограничены размерами атома. «Так как транзистор состоит лишь из нескольких атомов, невозможно гарантировать, что они будут вести себя так, как предполагается», - объясняет Деннинг. В атомарных масштабах появляются загадочные квантовые эффекты. Транзисторы прекращают поддерживать единственное состояние, представленное единицей или нулем, и начинают непредсказуемо колебаться между двумя состояниями, что делает схемы и устройства хранения данных ненадежными. Еще одним лимитирующим фактором, считает Деннинг, является то, что транзисторы, переключаясь между этими двумя состояниями, производят тепло. Следовательно, слишком много транзисторов независимо от их размера, втиснутые в один кремниевый чип, будут вместе испускать столько тепла, что в итоге расплавят чип.
Потому некоторые ученые считают, что компьютерные способности приближаются к своему апогею. «Мы уже видим замедление закона Мура», - говорит физик-теоретик Мичио Каку.
Но если так, то для многих это новость. Дойн Фармер, профессор математики из Оксфордского университета, изучающий эволюцию технологий, заявляет, что для завершения закона Мура оснований мало, а данных для такого вывода недостаточно. По его словам, компьютеры становятся все мощнее, так как все больше напоминают мозг.
Компьютеры уже сейчас могут выполнять индивидуальные операции на порядок величин быстрее человека. Но в то же время мозг намного лучше справляется с параллельной обработкой данных, то есть выполнением нескольких операций одновременно. В основном, во второй половине прошлого столетия инженеры ускоряли компьютеры путем увеличения количества транзисторов в процессоре, но лишь недавно они взялись за распараллеливание компьютерных процессоров. Чтобы обойти проблему, когда в один процессор нельзя поместить дополнительные транзисторы, инженеры начали наращивать вычислительные способности путем создания многоядерных процессоров – систем чипов, производящих вычисления параллельно. Как объясняет Деннинг, вместо того, чтобы все больше и больше разгонять транзисторы, можно обеспечить параллельные вычисления на всех чипах. Он считает, что закон Мура, очевидно, продолжит действовать, так как теперь удваиваться каждые два года будет количество ядер в компьютерных процессорах.
И так как распараллеливание является ключом к усложнению структуры, в каком-то смысле многоядерные процессоры заставят компьютеры работать быстрее мозга, заявляет Фармер.
Кроме того, в будущем есть возможность квантовых вычислений – относительно нового направления, пытающегося использовать неопределенность, присущую квантовым состояниям, для выполнения значительно более сложных вычислений, чем доступно современным компьютерам. Тогда как обычные машины хранят информацию в битах, квантовые компьютеры будут ее сберегать в кубитах – частицах, таких как атомы или фотоны, состояние которых взаимосвязано, вследствие чего изменение одной частицы повлияет на все остальные. Благодаря такой взаимосвязи единственная операция, выполняемая квантовым компьютером, теоретически позволит мгновенное выполнение непостижимо громадного количества вычислений, и каждая частица, добавленная в систему взаимосвязанных частиц, удвоит производительность компьютера.
Если физикам удастся освоить квантовые компьютеры, над чем многие и работают, действие закона Мура, несомненно, продлится далеко в будущее.
Конечная грань
Если закон Мура продолжится, и компьютерная мощность продолжит расти экспоненциально (благодаря либо человеческому гению, либо машинному сверхразуму), существует ли какой-то этап, на котором этот прогресс будет вынужден остановиться? Физики Лоренс Краусс и Гленн Старкман заявляют, что есть. В 2005 году они подсчитали, что закон Мура может в действительности действовать только до тех пор, пока компьютеры не израсходуют материю и энергию вселенной, которую можно использовать в качестве битов информации. В конечном итоге, компьютеры не смогут далее развиваться; они просто не будут способны поглотить достаточно материала для удваивания количества битов каждые два года.
Итак, если закон Мура продолжит работать так же точно, как до сих пор, когда же, по мнению Краусса и Старкмана, компьютеры остановятся в развитии? Расчеты указывают, что машины охватят всю доступную вселенную, превратив каждый бит материи и энергии в часть своих схем, через 600 лет.
Может показаться, что очень скоро. «Как бы то ни было, закон Мура экспоненциальный», - отмечает Старкман. Удваивать количество битов можно ровно столько раз, сколько доступно во вселенной.
Сам Старкман думает, что закон Мура будет нарушен задолго до того, как сверхкомпьютер поглотит вселенную. В действительности, считает он, машины перестанут развиваться примерно через 30 лет. Что случится потом – неизвестно. Мы можем достичь сингулярности – момента, когда компьютеры становятся сознательными, берут на себя контроль, а потом начинают самосовершенствоваться. А может, нет. Скоро выйдет новый доклад Деннинга под названием «Не расстраивайтесь, если не можете предвидеть будущее». В нем говорится о людях прошлого, безуспешно пытавшихся предсказать будущее.
За последние несколько десятилетий компьютеры эволюционировали от странной конструкции из лент и перфокарт в технологическое чудо невероятной силы.
В законе Мура говорится о том, что количество транзисторов в микросхемах удваивается каждые два года. Этот закон, более полувека сохранявший справедливость своих утверждений, сподвиг человечество к потрясающим технологическим и социальным изменениям.
С чем нам придется столкнуться в ближайшие годы, учитывая такую скорость прогресса? Грядет ли технологическая революция?
Суперкомпьютеры и смартфоны
Взгляните на свой смартфон. Девайс, который вы держите в руках обладает большей мощностью, чем наиболее продвинутые суперкомпьютеры начала 90-х. Но это еще не самое удивительное. Вот несколько любопытных фактов:
- Современный GPS-навигатор работает на частоте 500 МГц. Это приблизительно в 244 раза быстрее, чем частота работы компьютера системы наведения космического корабля Аполлон, который стартовал на Луну в 1966 году. Тогда он работал на частоте 2,048 МГц.
- Sony PlayStation 4 обладает 1,84 терафлопсами вычислительной мощности. Это в 150 раз больше мощности шахматного суперкомпьютера Deep Blue, выпущенного компанией IBM в 1997 году.
- В 1993 году самым мощным суперкомпьютером считался Connection Machine, мощность которого равнялась 131 гигафлопс. Сегодня же рекорд по скорости удерживает китайский компьютер Tianhe-2, обладающий мощностью 54,9 петафлопс, что в 419 000 раз больше.
- Чтобы работать с мощностью в 1 петафлопс компьютер должен совершать 1 000 000 000 000 (1 триллион) вычислений в секунду. Для сравнения можно сказать, что это в два раза больше количества звезд в Млечном Пути.
- iPhone 4 оснащен процессором, который в 4 раза мощнее процессора, установленного на марсоходе Curiosity.
- Максимальная производительность китайского суперкомпьютера Tianhe-2 составляет 54,9 петафлопс. Это почти в два раза выше производительности самого быстрого американского суперкомпьютера Titan.
- Чтобы имитировать мощность работы самого быстрого суперкомпьютера Европы Super MUC, которая равняется 3 петафлопсам, понадобится одновременно работать на 110 000 обычных пользовательских компьютерах.
- Японский K’computer потребляет электричества на $10 000 000 в год. Столько же электричества в год потребляют 10 000 среднестатистических домов.
- Аудиочип, вставленный в музыкальную поздравительную открытку, обладает большей компьютерной мощностью, чем все союзные войска во время Второй Мировой Войны.
- Если бы iPad 2 выпустили в 1988 году, то он был бы самым мощным компьютером в мире и оставался бы в первой пятерке лидеров вплоть до 1994 года.
Развитие технологий
В течение десятилетий ученые, инженеры и программисты, опираясь на опыт своих предшественников, преодолевали барьеры вычислительных мощностей и представляли миру новые и новые технологические чудеса.
Интересно понаблюдать, как развивалась мощность компьютеров с течением времени. Чтобы наглядно продемонстрировать скорость компьютера, приравняем единицу измерения быстродействия компьютера (DMIPS — Dhrystone Million instructions Per Second) к скорости 1 миля/час.
В 1951 году самым мощным компьютером был UNIVAC, обладавший мощностью 0,002 DMIPS. Если перевести это в мили, то именно с такой скоростью передвигается улитка.
В 1964 году компьютер CDC 6600 работал с мощностью 3 DMIPS. Скорость 3 мили в час равна скорости ходьбы человека.
В 1993 году компьютер Pentium разогнался до 188 DMIPS, что равняется максимальной скорости автомобиля Porsche 911.
В 1999 году появился Pentium III, мощность которого составляла 2054 DMIPS и равнялась максимально допустимой скорости полета истребителя-перехватчика Lockheed YF-12.
В 2000 году выпустили Pentium 4 Extreme Edition, который обладал мощностью уже в 9,726 DMIPS. Со скоростью, приблизительно равной 9726 миль/час, летают баллистические ракеты PGM-19.
В 2005 году первенство взял на себя Xbox 360 Xenon CPU, который обладал невероятной мощностью, равной 19 200 DMIPS, что превышает скорость приближающегося к Земле космического шаттла.
Ну а в 2011 году появился самый мощный Intel Core i7 Extreme Edition, мощность которого составляет 177 730 DMIPS. Такую скорость можно лишь теоретически соизмерить со скоростью космического корабля на ионном двигателе.
Это сложно представить, но если измерить мощность современного суперкомпьютера в тех же милях, то она уже будет равняться скорости света.
Стоимость и производительность
Мощности растут, цены падают. Несколько десятилетий назад никто не мог подумать, что подобная производительность будет доступна каждому. Однако теперь это стало реальностью, и любой человек может по сравнительно невысокой стоимости приобрести мощное программное обеспечение или же скачать на свое мобильное устройство абсолютно бесплатное приложение.
Как же обстояли дела раньше?
В 1990 году программа для обработки видео стоила $2 000 000, сейчас же мы можем абсолютно бесплатно загрузить на свой смартфон или планшет целый ряд приложений для обработки видео.
Для того, чтобы в 1985 году купить суперкомпьютер Cray 2 мощностью 1,9 гигафлопс, вам пришлось бы заплатить $17 000 000. В 2013 году iPhone 5 с 27 гигафлопсами стоил $300.
Фотоаппарат Nikon D1 с разрешением матрицы в 2,7 мегапикселей в 1999 году стоил немыслимых $5 580. Сейчас за $400 мы можем купить не просто фотоаппарат, а целый телефон Samsung Galaxy X3, камера которого вмещает 8 мегапикселей.
За телеграмму из Нью-Йорка в Чикаго размером в 140 символов вам придется отдать $7. В то же время вы можете бесплатно скачать Twitter и написать там те же 140 символов, которые будут доступны всему миру.
Чтобы записать 350 часов музыки, потребуется 1 500 12-дюймовых виниловых пластинок или всего лишь 1 iPod с 32 гигабайтами памяти.
За $3 200 в 1956 году можно было взять напрокат на 1 месяц IBM 350 и хранить на нем 3,75 мегабайт информации. В наше время можно абсолютно бесплатно пользоваться Google Drive, который вмещает в себя до 15 гигабайт информации, что, между прочим, в 4 000 раз больше.
Причины и следствия
Чем продиктован такой быстрый рост мощностей и к каким последствиям он может привести? Вначале компьютер был новой непонятной формой жизни, теперь он предлагает нам виртуальную реальность. Что же будет дальше?
2,88х10 17
Именно такому числу приблизительно равняется количество вычислений в секунду, на которое способен человеческий мозг. Если закон Мура сохраняет справедливость, то к 2025 году компьютеры смогут мыслить как люди.
Озеро Мичиган и человеческий мозг
Количество унций воды в озере Мичиган приблизительно равняется количеству вычислений в секунду, на которое способен мозг человека. Если бы в 1940 году мы начали по капле заполнять озеро Мичиган, удваивая количество капель каждые 1,5 года, то в 2015 году результат наших стараний не был бы заметен вовсе. В 2021 мы бы миновали только треть пути. И, внезапно, в 2025 мы бы заполнили его до краев.
Именно этот пример приводят в процессе изучения информационных технологий для иллюстрации временной шкалы создания искусственного разума.
Виртуальная реальность
Производительность увеличивается день за днем, и наши потомки будут способны создавать все более и более мощное моделирование. Возможно, им даже удастся создать искусственную цифровую вселенную, наполненную жизнью. Как только численность искусственных «людей» в ней превысит численность живых, можно будет с уверенностью заявлять, что мы находимся в виртуальной реальности. Если этого не произойдет, то либо закон Мура перестал действовать, либо представители человеческого рода исчезли еще до этого момента.
Границы закона
Когда же закон Мура перестанет действовать? Некоторые предсказывают его падение в следующем десятилетии, когда мы достигнем атомарного предела — производя транзисторы на атомарном уровне. Иные утверждают, что он будет действовать еще как минимум 600 лет до того момента, когда мы достигнем вселенского предела количества информации, которое сможет обработать система. Есть и те, кто считает, что закон либо замедлит свое действие и стихнет, либо наоборот ускорится, что приведет нас к технологической уникальности.
Нарушая закон
Есть сторонники мнения, что закон Мура опасен и его необходимо преступить: эта директива заставляет индустрию технологий гнаться за скоростью и дешевизной в ущерб функциональности и устойчивости. Затем наступит устаревание: если компьютерная мощность будет продолжать расти в геометрической прогрессии, наступит такой момент, когда все технологии будут устаревать сразу же после их появления.
Будущее
Когда массовое производство транзисторов достигнет атомарного уровня, инженерам и ученым придется искать новый способ увеличения производительности. Наступит время квантовых компьютеров.
Основной язык компьютера — двоичный, то есть серия единиц и нулей. В квантовом компьютере каждый бит одновременно может быть и нулем, и единицей. Это приводит к экстраординарной мощности компьютера.
Квантовый компьютер D-Wave One функционирует при температуре -272,149 °C. Эта температура незначительно теплее абсолютного нуля.
Профессор Массачусетского Технологического Института Скотт Ааронсон пообещал вручить $100 000 тому, кто сможет доказать, что масштабируемые квантовые компьютерные технологии возможны в физическом мире. До настоящего времени никому так и не удалось получить эту награду.
D-Wave One — первый в мире квантовый компьютер. Но так ли это на самом деле? Некоторые эксперты полагают, что это всего лишь хорошая подделка такового. Так или иначе, ему удалось достигнуть скорости 1,5 петафлопс, что соответствует десятому по мощности суперкомпьютеру в мире.
Всего лишь 5% ученых в области информационных технологий изучают квантовые компьютерные технологии. И они до сих пор сомневаются в том, возможно ли создание абсолютно квантового компьютера.
В 2005 году в Австрии был создан первый в мире квантовый байт. Ознаменовал ли он начало новой эры будущего? Чтобы узнать это придется подождать.
Что принесет нам будущее? Ведет ли закон Мура к технологической уникальности? Какие философские и этические последствия повлечет за собой это событие? Именно сейчас, когда нам открыты грандиозные возможности и границы почти стерты, мы стоим на пороге абсолютно новой технологической эры.
Рано или поздно рост производительности компьютеров остановиться по чисто физическим причинам. Сейчас рост производительности достигается за счёт все большей миниатюризации — уменьшения размеров транзисторов, что позволяет разместить в одном кубическом сантиметре больше количество логических элементов.
Однако миниатюризация не может продолжаться бесконечно. Уже в 2021-м году ожидается появление процессоров сделанных по 3-х нанометровому технологическому процессу, т.е. минимальный размер элемента составляет 3 нанометра. Для сравнения размер атома кремния, повсеместно используемого при изготовлении процессоров составляет 0.21 нанометра. Очень скоро мы упрёмся в ограничения связанные с атомарной структурой вещества.
Миниатюризация электроники приближается к своему пределу Миниатюризация электроники приближается к своему пределуВ связи с этим квантовые компьютеры многие рассматривают как возможную в будущем замену традиционным электронным компьютерам.
Что такое квантовый компьютер?
Если очень коротко: квантовый компьютер, это вычислительное устройство, использующее некоторые эффекты квантовой механики , такие как суперпозиция и квантовая запутанность для хранения информации и вычислений.
В квантовых компьютерах информация хранится в квантовых битах – кубитах (QuBit - quantum bit).
Придут ли квантовые компьютеры на смену традиционным?Если обычный бит может принимать два строго определённых состояния: 0 и 1, то квантовый бит является вероятностным: он находится в суперпозиции двух возможных состояний: α|0⟩+β|1⟩ где α и β соответственно являются вероятностями обнаружить кубит в состоянии |0⟩ или |1⟩ соответственно.
В теории это может позволить обрабатывать одновременно все возможные состояния объекта и позволит получить большое преимущество над классическими компьютерами при решении некоторых классов задач.
Что по быстродействию?
Существует распространённое заблуждение, что квантовые компьютеры обладают намного большим быстродействием, чем традиционные.
Это не так. На самом деле все современные квантовые компьютеры в тысячи и десятки тысяч раз медленнее обычных электронных компьютеров.
Нет, это не люстра. Это квантовый компьютер разработки IBM Нет, это не люстра. Это квантовый компьютер разработки IBMОднако существует отдельный класс задач, с которыми квантовые компьютеры благодаря особенностям своего устройства справляются быстрее, а иногда даже намного быстрее .
Классическим примером такой задачи является факторизация целых чисел (в особенности очень больших чисел), т.е. разложение их на простые множители. Эта задача особенно важна в современной криптографии, так как многие алгоритмы шифрования основаны на том, что факторизация очень больших чисел является непосильной задачей для современных цифровых компьютеров.
Развитие квантовых вычислений может быть опасно например для держателей криптовалют, так как появление быстрых способов разложения больших целых чисел на множители скомпрометирует все основные алгоритмы шифрования. Развитие квантовых вычислений может быть опасно например для держателей криптовалют, так как появление быстрых способов разложения больших целых чисел на множители скомпрометирует все основные алгоритмы шифрования.Поэтому квантовые компьютеры представляют угрозу для практически всех существующих на данный момент алгоритмов шифрования и систем электронной безопасности.
Какие перспективы?
Критическим моментом в развитии квантовых вычислений является их помехоустойчивость. Информация хранящаяся в кубитах (квантовых битах) подвержена компрометации из-за декогеренции несущих информацию частиц в результате взаимодействия с другими частицами.
Основные надежды связаны с так называемой квантовой пороговой теоремой (Quantum Threshold Theorem), которая гласит, что если удастся создать квантовую схему с достаточно высоким уровнем точности, то с помощью неё можно будет смоделировать квантовый компьютер точность которого будет 100%.
Насчёт принципиальной разрешимости этой задачи есть разные мнения. Многие специалисты считают, что это всего-лишь вопрос времени. Другие смотрят на это довольно скептически.
IBM Q System One – первый коммерческий квантовый компьютер IBM Q System One – первый коммерческий квантовый компьютерОднако даже если пороговая точность квантовых микросхем будет достигнута и мы получим способ создавать надёжные квантовые компьютеры, всё равно я не ожидаю, что они полностью заменят обычные цифровые компьютеры.
Дело в том, что квантовые и цифровые компьютеры имеют разные области применения. Квантовые компьютеры не имеют никаких преимуществ перед цифровыми в решении задач, для которых существуют эффективные вычислительные алгоритмы.
Наиболее вероятным вариантом развития событий мне видится появление гибридных, квантово-цифровых компьютеров, в которых в дополнение к обычному центральному процессору будет использоваться квантовый сопроцессор, которому основной процессор будет делегировать сложные задачи, как например уже упоминавшаяся выше задача факторизации больших целых чисел.
Читайте также: