Ваш будущий компьютер теперь не компьютер
Обновлено: 02.07.2024
К омпьютерные технологии неустанно развиваются. Обычные смартфоны теперь способны выполнять задачи, на решение которых в прошлом требовалась мощность огромных вычислительных машин. Впрочем, человечество стоит на пороге куда более масштабного технологического скачка. Он произойдет с появлением полноценного квантового компьютера. Всего за несколько минут он сможет решить задачу, на которую даже у самых мощных суперкомпьютеров уйдут десятилетия и даже столетия вычислений. Пока существуют только прототипы квантовых компьютеров, однако технологии с каждым годом совершенствуются. «Лента.ру» и Homo Science рассказывают, что такое квантовые технологии и каким образом они могут изменить мир.
Одним из первых о создании квантового компьютера заговорил американский физик Ричард Фейнман в 1982 году. По мысли ученого, такие машины способны моделировать сложные квантовые системы, например, атомы, что не по силам обычному, классическому компьютеру, которому для этого требуется колоссальный объем вычислительных ресурсов. Стало ясно, что квантовые компьютеры — хотя на тот момент не существовало даже их прототипов — способны на то, на что не способны даже мощнейшие суперкомпьютеры.
В 1996 году американский математик Лов Гровер предложил квантовый алгоритм решения задачи перебора, который теоретически способен ускорить поиск внутри гигантских баз неупорядоченных данных. Этот алгоритм был реализован в 1998 году с помощью компьютера, состоящего из двух кубитов на базе ядерного магнитного резонанса (ЯМР) — того же самого явления, что стало основой для магнитно-резонансных томографов. Годом позже было показано, что ЯМР-компьютеры не имеют никакого преимущества перед обычными компьютерами, поскольку в них не реализуется особый феномен, называемый квантовой запутанностью.
Пока одни ученые искали алгоритмы, которые можно реализовать на квантовом компьютере, другие занимались физической реализацией квантовых вычислений. В 1995 году физики Сирак и Цоллер предложили ионную ловушку для создания кубитов, а в 1999 году японский физик Ясунобу Накамура продемонстрировал рабочий кубит на основе сверхпроводников.
Технологии стремительно развивались, и в 2009 году была опубликована работа, в которой исследователи использовали два запутанных фотона для вычисления энергии молекулы водорода, что слишком сложно для классических компьютеров. Это была первая демонстрация того, что квантовые вычисления способны привести к полезному результату.
Спустя десять лет, в 2019 году, Google объявила о достижении квантового превосходства: всего за 200 секунд их компьютер выполнил серию вычислений, на которую у суперкомпьютера ушло бы десять тысяч лет. А всего через год о достижении квантового превосходства сообщили китайские ученые: их компьютер на запутанных фотонах Jiuzhang за 200 секунд решил задачу, которая потребовала бы у самого мощного суперкомпьютера до 2,5 миллиардов лет вычислений.
Сейчас уже ведется работа по подготовке человеческого общества к появлению полноценных квантовых компьютеров: разрабатываются новые стандарты, создаются дорожные карты, стратегии выхода на рынок и сфера применения квантовых вычислений.
В России дорожная карта развития квантовых вычислений разработана совместными усилиями Росатома и Российского квантового центра.
На создание квантовых компьютеров и облачной платформы для доступа к ним планируется потратить 23,6 миллиарда рублей.
Квантовое превосходство — это свойство квантовых компьютеров решать задачи, которые не способны решить классические компьютеры за обозримый период времени. Сейчас ученые рассматривают это достижение больше как доказательство принципа, чем то, что может повлиять на будущую коммерческую жизнеспособность таких вычислений.
В России под эгидой Росатома создана Национальная квантовая лаборатория, куда вступили различные научные организации, включая Фонд «Сколково», Российский квантовый центр и профильные научные институты. Целью лаборатории является создание квантовых процессоров на базе сверхпроводников, холодных атомов, фотонов и ионов. К 2024 году планируется построить квантовые компьютеры, состоящие из 30-100 кубитов, в зависимости от используемой технологии.
Квантовое превосходство может быть временным и не исключает появления более эффективных алгоритмов, ускоряющих вычисления классическими компьютерами, поэтому любое заявление о достижении квантового превосходства вызывает скепсис у специалистов и подвергается тщательной проверке. Когда Google опубликовала результаты вычислений квантового процессора Sycamore, IBM заявила, что ее суперкомпьютер способен решить ту же задачу более точно и почти с той же скоростью — за два с половиной дня.
Страны вкладывают огромные суммы в развитие квантовой отрасли. Китай создал новый центр квантовых исследований (National Laboratory for Quantum Information Sciences) стоимостью 10 миллиардов долларов; Евросоюз разработал генеральный план развития квантовых технологий и планирует потратить на это около миллиарда евро; США, в соответствии с законом о национальной квантовой инициативе, выделили 1,2 миллиарда долларов на развитие проектов в этой области за пятилетний период. Однако для достижения полезной вычислительной производимости, вероятно, понадобятся машины, состоящие из сотен тысяч кубитов.
Классические компьютеры выполняют логические операции, используя биты — единицы информации, принимающие значение либо «0», либо «1». В квантовых вычислениях для этого используются кубиты, представляющие собой квантовое состояние объекта, например, фотона. До момента измерения квантовое состояние является неопределенным, то есть оно находится в суперпозиции двух возможных состояний — «0» или «1». Суперпозиция одного объекта может быть связана с суперпозициями других объектов, то есть можно сконструировать между ними логические отношения, подобные тем, что существуют на основе транзисторов в классических компьютерах. Однако квантовые системы трудно поддерживать в состоянии суперпозиции достаточно долго, поскольку квантовое состояние нарушается (система декогерирует) в результате взаимодействия с окружающей средой.
Чтобы добиться квантового превосходства, необходимо использовать явление, называемое квантовой запутанностью. Оно возникает в случае, когда две системы настолько сильно связаны, что получение информации об одной системе немедленно даст информацию о другой — вне зависимости от расстояния между этими системами.
Хартмут Невен, директор Google Quantum AI Labs предложил новое правило, которое предсказывает прогресс квантовых компьютеров в ближайшие 50 лет. Оно гласит, что мощность квантовых вычислений испытывает двукратный экспоненциальный рост по сравнению с обычными вычислениями. Если бы этому принципу подчинялись классические компьютеры, то ноутбуки и смартфоны появились бы в мире уже к 1975 году. Невен обосновывал свое правило тем, что ученые создают все более совершенные квантовые процессоры с большим количеством запутанных кубитов, и при этом процессоры сами по себе экспоненциально быстрее традиционных компьютеров.
Закон Невена, или, как его еще называют, закон Мура 2.0, прогнозирует, что по мере совершенствования квантовых микросхем вычисления будут становиться все быстрее и смогут решать проблемы, которые не под силу даже самым мощным суперкомпьютерам на планете. Это лишь вопрос количества доступных кубитов и снижения частоты ошибок, которые представляют основную проблему современных квантовых информационных систем. Если закон Невена себя оправдает, то в ближайшем будущем квантовые компьютеры покинут пределы университетских и исследовательских лабораторий и станут доступны для коммерческих и других приложений.
Все больше крупных компаний разрабатывают квантовые компьютеры, обеспечивая доступ к ним через облачные технологии. Заказчиками могут быть университеты, исследовательские институты, а также различные организации, которые заинтересованы в том, чтобы протестировать возможные сценарии использования таких вычислений. Рынок пока невелик: по оценкам Hyperion Research , в 2020 году он составил 320 миллионов долларов, однако его ежегодный рост составляет почти 25 процентов.
Специалисты Boston Consulting Group предсказывают, что к 2040 году рынок вырастет до 850 миллиардов долларов. Этот прогноз основан на уверенности, что уже в ближайшие годы мир получит оборудование, подходящее для решения коммерческих и общественных задач. Даже отсутствие готовых прототипов не мешает инвестициям в начинающие стартапы. Например, PsiQuantum привлек 665 миллионов долларов на создание квантовых компьютеров на базе запутанных фотонов.
В настоящее время усилия ученых сосредоточены на двух направлениях: создании универсальных квантовых компьютеров для широкого круга задач и специализированных квантовых вычислителях. Как правило, коммерчески доступные системы имеют небольшое количество кубитов, однако в них используются принципы квантовой механики, ускоряющие вычисления. Одним из главных игроков на этом рынке является компания D-Wave Systems, чьи устройства уже включают в себя пять тысяч кубитов. В 2020 году D-Wave начала предлагать коммерческий доступ через облако к специализированным квантовым компьютерам Advantage с пятью тысячами кубитов, которые пока пригодны для решения сложных оптимизационных задач.
IBM представила коммерчески доступный IBM Quantum System One, пригодный для решения более широкого круга задач, в том числе моделирования материалов для систем хранения энергии, оптимизации портфелей финансовых активов и улучшения параметров стабильности в инфраструктуре энергоснабжения. Исследователи также стремятся использовать квантовый компьютер для того, чтобы раздвинуть границы глубокого обучения. Пока ведутся исследования, связанные с проверкой концепции, то есть демонстрации осуществимости квантовых вычислений в интересующих специалистов областях.
Одна из наиболее перспективных областей, на которую могут повлиять квантовые вычисления, — разработка систем искусственного интеллекта (ИИ). ИИ имеет дело с огромными объемами данных, а неточности в обучении нейронных сетей приводят к значительным погрешностям. Квантовые компьютеры могут улучшить алгоритмы обучения и интерпретации. Предприниматель в области ИИ Гэри Фаулер считает, что большую роль играет способность квантовых компьютеров выходить за рамки привычного двоичного кодирования. Это влияет как на объем анализируемой информации, так и на обработку естественного языка.
ИИ на базе квантового компьютера будет способен глубоко понимать и анализировать текст и речь. Это касается и распознавания образов, то есть искусственный интеллект может научиться видеть предметы и понимать, что находится перед ним, с той же точностью, что человек, и даже лучше. Улучшенное распознавание образов позволит медицинским работникам быстрее диагностировать и лечить заболевания по снимкам МРТ.
Некоторые специалисты считают, что сильный ИИ невозможен без квантовых компьютеров. Современные суперкомпьютеры не обладают мощностью для моделирования человеческого мозга с химическими взаимодействиями между отдельными частями нервных клеток. Даже с учетом закона Мура такие компьютеры не появятся и через миллион лет, однако полноценный квантовый компьютер поможет решить эту проблему.
Считается, что постквантовая криптография, которая неподвластна квантовым компьютерам, остается неуязвимой даже для самых мощных систем. Специалисты уже работают над решением этой задачи, и NIST (Национальный институт стандартов и технологий, США) разрабатывает новые стандарты защиты информации, которые будут опубликованы в 2022 году. В то же время подобная криптография требует огромных ресурсов, поэтому квантовые компьютеры могут помочь защитить то, что они же делают уязвимым. Однако уже сейчас существуют прототипы защитных протоколов будущего, доступные для тестирования. Полный переход к ним может затянуться на 15-20 лет.
Квантовые компьютеры способны привести к резкому прорыву в открытии и разработке новых лекарств, давая ученым и врачам возможность решать задачи, которые невозможно решить сейчас. Специалисты швейцарской фармацевтической компании Roche надеются, что квантовое моделирование ускорит разработку вакцин для защиты от инфекций, подобных COVID-19, лекарств от гриппа, рака и даже болезни Альцгеймера. Квантовое моделирование может заменить лабораторные эксперименты, чем снизит стоимость исследований и сведет к минимуму потребности в тестировании препаратов с участием животных и людей.
Квантовые компьютеры потенциально могут ускорить создание новых катализаторов для утилизации СО2 из воздуха или отработанных газов, которые не только сократят выбросы, но и позволят получать ценные нефтехимические продукты.
С помощью «квантового отжига» можно рассчитать траекторию движения каждой частицы воздушного потока над новым типом крыла, что может привести к изобретению новых технологий в аэродинамике. Подобный принцип можно использовать для решения задач оптимизации трафика в городе или потока данных в сети.
Сегодня компания IBM официально представила новые квантовые процессоры и концепцию коммерческих квантовых компьютеров завтрашнего дня — машин Quantum System Two. По словам компании, она подошла к порогу, за которым начинается новый и удивительный мир квантовых вычислений, который превосходит все мыслимые возможности классических компьютеров. Дверь в этот мир ещё не открыта, но IBM уже знает, как это сделать.
127-кубитовый квантовый процессор IBM Eagle. Источник изображения: IBM
Решающим фактором входа в мир массовых квантовых вычислений стала разработка квантового процессора с числом сверхпроводящих кубитов, превышающим сто штук. Вопрос масштабирования для сверхпроводящих кубитов — это самое больное место, поскольку все они помещены в ограниченную по объёму криогенную установку и требуют подвода множества кабелей для управления и измерения квантовых состояний. Управляющая и измеряющая аппаратура также крупномасштабная, как и очень сложные цепи сопряжения с внешними системами интерпретации сигналов или, проще говоря, с обычными суперкомпьютерами, которые управляют квантовыми системами.
Управлять десятком–другим сверхпроводящих кубитов дело нехитрое, но когда их число переваливает за сотню и стремится к тысяче и больше — инженерная задача вместить всё это в разумный объём становится архисложной. В IBM эту задачу решили и представили концепцию масштабируемой квантовой системы Quantum System Two и концепцию машинных залов из множества таких систем.
Источник изображения: IBM
Но прежде скажем несколько слов о новом 127-кубитовом процессоре IBM Eagle. Архитектура размещения кубитов на одном из слоёв процессора Eagle наследует архитектуру Heavy-hex из чередующихся шестиугольников, которую IBM использовала в 27-кубитовых процессорах Falcon, на которых она сегодня производит квантовые компьютеры Quantum System One. На углах и гранях шестиугольников размещены кубиты, которые контактируют с двумя или тремя соседними кубитами и могут быть связанными с ними. Но 127-кубитовый процессор резко отличается от 27-кубитового тем, что он выполнен многослойным в одной упаковке.
Без многослойной конфигурации масштабирование было бы невозможным. Управляющие и измеряющие квантовые состояния линии разнесены на нескольких уровнях, что помогло добиться компактности. Также IBM перешла на мультиплексирование сигналов, тогда как раньше каждый кубит управлялся индивидуальным набором проводников и индивидуальными блоками электроники. Без всего этого перешагнуть 100-кубитовый рубеж было бы невозможно, заявляют в компании. Также предложенный путь открывает возможность быстро пройти 500-кубитовый и 1000-кубитовый рубеж, что выглядит просто фантастически.
Высокоплотное размещение кубитов и уплотнение интерфейсов позволило освободить достаточно много места в криогенной системе. Это подводит нас к новой концепции квантовой вычислительной стойки, которую в IBM назвали Quantum System Two. Компания IBM разрабатывает стойку совместно с инженерами компании Bluefors.
Компания Bluefors работает над созданием новой криогенной платформы с большим внутренним пространством для более мощного вспомогательного оборудования и удобства обслуживания системы. Как это будет выглядеть, представлено в видео выше, где также раскрывается концепция машинных залов на новой платформе.
В настоящий момент у IBM нет ни одной работающей системы нового поколения. Ожидается, что первая система Quantum System Two будет введена в эксплуатацию в 2023 году.
Операционная система Windows 11 имеет довольно суровые системные требования. В первую очередь многие компьютеры не подходят под требования к наличию доверенного платформенного модуля (TPM) версии 2.0. Это требование достаточно легко обойти всего за несколько минут.
реклама
Microsoft не очень хорошо справилась с информированием пользователей о системных требованиях Windows 11 и для чего те или иные компоненты нужны. Кроме того, за несколько месяцев предварительного тестирования условия ещё и менялись. Главная путаница связана с необходимостью модуля TPM 2.0, который прежде был нужен только в корпоративном окружении.
Microsoft хочет, чтобы Windows 11 получила дополнительный уровень безопасности, в котором модуль TPM 2.0 играет основную роль. Компанию не останавливает отсутствие этого модуля на многих компьютерах. Однако, это требование нетрудно обойти и для этого существует не один способ. Правда, после этого вы не сможете получать функциональные обновления и обновления безопасности Windows 11.
Один из методов требует наличия поддержки TPM 1.2. Если у вас процессор линейки AMD Ryzen 1000 или более современный и Intel Kaby Lake 7-го поколения или новее, на вашей материнской плате скорее всего есть TPM 1.2 или даже TPM 2.0.
Проверить это легко. Достаточно открыть диспетчер устройств в разделе «Устройства безопасности». Можно воспользоваться сочетанием клавиш Win + R и в открывшемся окне ввести tpm.msc. Откроется окно «Управление доверенным платформенным модулем (TPM) на локальном компьютере». Тут сказано, есть у вас этот модуль или нет.
Если нет, проверьте настройки UEFI. Обычно нужно открыть вкладку «Дополнительно» и включить опцию «PTT» для систем Intel и «PSP fTPM» для систем AMD. Эта настройка есть на большинстве потребительских ПК, где она чаще всего по умолчанию выключена.
После её изменения нужно добавить ключ в реестр. Нажмите на кнопку «Пуск» и введите regedit, нажмите ввод. В адресное поле скопируйте HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\Setup\MoSetup и нажмите ввод. Нужно создать параметр DWORD с названием «AllowUpgradesWithUnsupportedTPMOrCPU», значение выставить на 1. Создайте загрузочную флешку или диск при помощи приложения Media Creation Tool, запустите с них программу установки Windows 11 и обновите свою систему.
В этом ключе добавьте параметр DWORD под названием «BypassTPMCheck» со значением 1. Добавьте ещё один параметр «BypassCPUCheck» также со значением 1. Этот же процесс повторите с «BypassSecureBootCheck». Однако, если ваш компьютер не соответствует требованиям Windows 11 по объёму оперативной памяти или хранилища, лучше этим способом не пользоваться и оставаться на Windows 10.
19 ноября 2021 • Спецпроекты • Партнерский материал
Что теперь умеет ваш рабочий компьютер: новые возможности Windows 11
19 ноября 2021 • Спецпроекты • Партнерский материал
Что теперь умеет ваш рабочий компьютер: новые возможности Windows 11
Текст: Наталия Владимирова
Роль персонального компьютера за последние два года невероятно изменилась: из средства для работы и развлечения он превратился, по сути, в центр нашего мира. При создании новой операционной системы Windows 11 компания Microsoft опиралась на требования, которые предъявляет новая реальность. Сегодня программное обеспечение на рабочем месте должно быть не только супернадёжным, но и отзывчивым, производительным и, конечно, безопасным и красивым. Давайте разберёмся, что теперь может ваш компьютер, если установить на него Windows 11.
Согласно исследованию We are social мы проводим онлайн более семи часов в день, то есть глядим на экраны почти треть суток! То, что мы видим, напрямую влияет на наше настроение и самочувствие. Поэтому Microsoft обратила особое внимание на дизайн новой операционной системы. Визуальные элементы современные, свежие, чистые и красивые. Окна стали матовыми, углы — более закруглёнными. Основное изменение коснулось меню «Пуск» — теперь оно находится в центре экрана, чтобы искать то, что нужно, было проще.
Персонализация сегодня важна как никогда. В Windows 11 программы соответствуют выбранной вами основной теме. Например, выбор тёмной темы позволяет отображать Office в таких же цветах.
Помимо визуальной эстетики Microsoft поработала над эстетикой звуковой — изменив эффекты при взаимодействии с системой и сделав их более современными, а также улучшила плавность взаимодействия с окнами.
Сейчас людям дорога каждая секунда, особенно когда они работают в режиме многозадачности. Microsoft постарался сделать необходимую информацию максимально доступной с помощью виджетов и персонализированной новостной ленты, которую собирает для вас алгоритм с искусственным интеллектом. Виджет — это небольшое графическое приложение, которое выводит на экран полезную информацию — например, погоду, курс валют или список дел на день. Ещё одно удобство Windows 11 — пользователь получает доступ к последним документам, над которыми работал на разных устройствах под своей учётной записью Microsoft. A Microsoft Teams делает ваше взаимодействие с коллегами максимально комфортным — теперь доступ к нему есть с панели задач. Он позволяет общаться даже с теми, у кого нет Teams, через SMS, демонстрировать презентации и многое другое.
Многозадачность — ещё одно требование современного мира. В Windows 11 есть новые функции, с помощью которых можно решать несколько задач одновременно и контролировать качество их выполнения. Когда мы погружены в рабочий процесс, то открываем десятки окон, а некоторые даже работают на нескольких экранах! Благодаря новым макетам и группам Snap Layouts и Snap Groups окна легко организовывать, привязывать их к определённым областям экрана, группировать. Даже если вы работали из офиса, а потом переместились с ноутбуком в кафе, все группы будут перед вами как на ладони, потому что система запоминает их расположение, что позволит остаться в рабочем потоке. Благодаря Snap Layouts доступно множество способов организации окон — например, в виде квадратов или тонких и длинных полосок.
Для владельцев устройств с сенсорным экраном хорошей новостью станет то, что Windows 11 стал гораздо лучше понимать «язык жестов» — причём не только одним и двумя пальцами, но и тремя и даже четырьмя. Улучшено и взаимодействие с устройством с помощью пера.
Обновлённый Microsoft Store с переработанным дизайном теперь не просто магазин, а магазин магазинов. Это значит, что вы сможете быстро находить любые программы, нужные для работы.
Безопасность с ростом удалённой и гибридной работы приобрела новый смысл. Пользователи постоянно перемещаются по разным сетям, устройствам и приложениям, а киберпреступники особенно активизировались: в 2020 году количество киберпреступлений в России выросло на 77%.
Windows 11 поддерживает концепцию нулевого доверия. Сегодня бесполезно проверять всех, кто пытается подключиться к ресурсам компании извне, — атаковать можно из любой точки, а значит, защищённой зоны внутри бизнеса просто не существует. В рамках модели «нулевое доверие» пользователи проверяются каждый раз, когда требуют доступа к какому-либо корпоративному ресурсу. Windows 11 безопасна по своей структуре, имеет новые встроенные технологии, которые защищают на всех уровнях — от микросхемы до облака.
Несмотря на большие перемены, Windows 11 построена на основе хорошо знакомой всем Windows 10, так что изучать дополнительные мануалы не придётся. Переход будет максимально простым, удобным и, конечно, бесплатным. Он стартовал 5 октября — этот процесс постепенный и начался с новых устройств. Microsoft использует для обновления специальные интеллектуальные модели, учитывающие соответствие вашего «железа» всем параметрам, среди которых надёжность, возраст и другие факторы. Все устройства, подходящие по ним, смогут бесплатно обновиться до Windows 11 к середине следующего года. Когда ваш компьютер будет готов, вам придёт уведомление из центра обновления Windows.
Дальнейшие апдейты будут происходить раз в год по упрощённому плану. Windows 11 предлагает 24 месяца поддержки для выпусков Home и Pro и 36 месяцев — для выпусков Enterprise и Education.
Важно, что все приложения продолжат работать на Windows 11. Совместимость обеспечивает служба App Assure, которая помогает клиентам устранять любые проблемы без дополнительной оплаты. Если вы беспокоитесь, как поведут себя какие-то критически важные для вашего бизнеса приложения в новой Windows, то их можно протестировать на Test Base для Microsoft 365. Если вдруг что-то пойдёт не так (что очень маловероятно), App Assure придёт на помощь.
Windows 11 — это облачная ОС, что очень удобно для бизнеса. С помощью Microsoft Endpoint Manager и облачных технологий системные администраторы смогут быстро и просто управлять сетью рабочих компьютеров в вашем офисе. Благодаря стандартизированной конфигурации нагрузка на ИТ-администраторов компании снижается, что, соответственно, экономит их время и силы.
Читайте также: