ऑप्टिकल और क्वांटम कंप्यूटर कैसे काम करते हैं?

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कम्प्यूटिंग इतिहास फ्लॉप से ​​भरा है।

Apple III अपने विकृत खोल में खुद को पकाने की एक बुरी आदत थी। अटारी जगुआर, एक ious इनोवेटिव ’गेम कंसोल जिसमें इसके प्रदर्शन के बारे में कुछ स्पष्ट दावे थे, बस बाजार को हड़प नहीं सकता था। इंटेल के प्रमुख पेंटियम चिप को उच्च प्रदर्शन लेखांकन अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया था दशमलव संख्या के साथ कठिनाई.

लेकिन कंप्यूटिंग की दुनिया में प्रचलित दूसरी तरह की फ्लॉप है फ्लॉप माप, लंबे समय तक विभिन्न मशीनों, आर्किटेक्चर और सिस्टम के बीच उचित तुलना के रूप में अंकित किया गया।

FLOPS प्रति सेकंड फ्लोटिंग-पॉइंट ऑपरेशंस का एक उपाय है। सीधे शब्दों में कहें, यह कंप्यूटिंग सिस्टम के लिए स्पीडोमीटर है। और यह रहा है दशकों से तेजी से बढ़ रहा है.

तो क्या हुआ अगर मैंने आपको बताया कि कुछ वर्षों में, आपके पास आपके डेस्क पर, या आपके टीवी में, या आपके फोन में एक सिस्टम होगा, जो आज के सुपर कंप्यूटरों के फर्श को मिटा देगा? अतुल्य? मैं पागल हूँ? न्याय करने से पहले इतिहास पर एक नज़र डालें।

सुपरमार्केट के लिए सुपर कंप्यूटर

हाल ही में इंटेल i7 Haswell तो इंटेल के हैसवेल और आइवी ब्रिज सीपीयू के बीच अंतर क्या है?

एक नए कंप्यूटर की तलाश? एक नए इंटेल-संचालित लैपटॉप या डेस्कटॉप के लिए खरीदारी करने वालों को इंटेल प्रोसेसर के अंतिम और नवीनतम पीढ़ी के बीच अंतर जानने की जरूरत है। अधिक पढ़ें प्रोसेसर के बारे में प्रदर्शन कर सकते हैं 177 बिलियन है FLOPS (GFLOPS), जो कि 1994 में अमेरिका में सबसे तेज सुपरकंप्यूटर से भी तेज है सैंडिया नेशनल लैब्स XP / s140 एक साथ काम करने वाले 3,680 कंप्यूटिंग कोर के साथ।

एक PlayStation 4 अपने उन्नत के लिए लगभग 1.8 ट्रिलियन FLOPS पर काम कर सकता है सेल सूक्ष्म वास्तुकला, और ट्रम्प होगा $ 55 मिलियन ASCI रेड सुपरकंप्यूटर जो PS4 जारी होने से लगभग 15 साल पहले 1998 में दुनिया भर में सुपरकंप्यूटर लीग में शीर्ष पर था।

आईबीएम की वाटसन एआई सिस्टम आईबीएम ने क्रांतिकारी "ब्रेन ऑन अ चिप" का खुलासा कियाविज्ञान में एक लेख के माध्यम से पिछले सप्ताह घोषित किया गया, "ट्रू नोर्थ" जिसे "न्यूरोमॉर्फिक चिप" के रूप में जाना जाता है - ( कंप्यूटर चिप जैविक न्यूरॉन्स की नकल करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जैसे बुद्धिमान कंप्यूटर सिस्टम में उपयोग के लिए वाटसन। अधिक पढ़ें एक (वर्तमान) है शिखर ऑपरेशन 80 TFLOPS, और वह आज के सुपर कंप्यूटरों की शीर्ष 500 सूची में देने के करीब है, के साथ चीनी तियानहे -2 पिछले 3 लगातार मौकों पर शीर्ष 500 के शीर्ष प्रदर्शन के साथ 54,902 TFLOPS, या लगभग 55 पेटा-FLOPS।

बड़ा सवाल यह है कि अगला कहां है डेस्कटॉप के आकार का सुपर कंप्यूटर नवीनतम कंप्यूटर प्रौद्योगिकी आपको विश्वास करना देखना होगाअगले कुछ वर्षों में इलेक्ट्रॉनिक्स और पीसी की दुनिया को बदलने के लिए तैयार की गई कुछ नवीनतम कंप्यूटर तकनीकों की जाँच करें। अधिक पढ़ें से आने वाला है? और इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि हम इसे कब प्राप्त कर रहे हैं?

पावर वॉल में एक और ईंट

हाल के इतिहास में, इन प्रभावशाली लाभों के बीच ड्राइविंग बल भौतिक विज्ञान और वास्तुकला डिजाइन में रहे हैं; छोटे नैनोमीटर पैमाने की निर्माण प्रक्रियाओं का मतलब है कि चिप्स गर्मी के रूप में पतली, तेज और कम ऊर्जा को बाहर निकाल सकते हैं, जिससे उन्हें चलाना सस्ता पड़ता है।

2000 के अंत के दौरान मल्टी-कोर आर्किटेक्चर के विकास के साथ, कई 'प्रोसेसर' अब एक चिप पर निचोड़ा हुआ है। यह तकनीक, वितरित संगणना प्रणालियों की बढ़ती परिपक्वता के साथ संयुक्त है, जहां कई 'कंप्यूटर' एक मशीन के रूप में काम कर सकता है, इसका मतलब है कि शीर्ष 500 हमेशा बढ़ता रहा है, बस रखने के बारे में के साथ गति मूर का प्रसिद्ध कानून.

हालांकि भौतिकी के नियम इस सारे विकास के रास्ते में आने लगे हैं, यहाँ तक की इंटेल इससे चिंतित है, और दुनिया भर में कई अगले काम के लिए शिकार कर रहे हैं।

... लगभग दस वर्षों में, हम मूर के नियम का पतन देखेंगे। वास्तव में, पहले से ही, हम मूर के नियम को धीमा कर रहे हैं। कंप्यूटर शक्ति बस मानक सिलिकॉन प्रौद्योगिकी का उपयोग करके अपने तेजी से घातीय वृद्धि को बनाए नहीं रख सकती है। - डॉ। मिकियो काकू – 2012

वर्तमान प्रसंस्करण डिजाइन के साथ मूलभूत समस्या यह है कि ट्रांजिस्टर या तो (1) या बंद (0) पर हैं। हर बार ए ट्रांजिस्टर गेट ‘फ़्लिप’, इसे उस सामग्री में एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा को निष्कासित करना होता है जिसे गेट उस ‘फ्लिप’ के रहने के लिए बनाया जाता है। चूंकि ये द्वार छोटे और छोटे होते हैं, ट्रांजिस्टर और उपयोग करने के लिए ऊर्जा के बीच का अनुपात ट्रांजिस्टर को 'फ्लिप' करने के लिए ऊर्जा बड़ी और बड़ी हो जाती है, जिससे प्रमुख हीटिंग और विश्वसनीयता बनती है समस्या। वर्तमान प्रणालियां आ रही हैं - और कुछ मामलों में - परमाणु रिएक्टरों की कच्ची गर्मी घनत्व, और सामग्री उनके डिजाइनरों को विफल करने लगी हैं। इसे शास्त्रीय रूप से कहा जाता है 'पावर वॉल'.

हाल ही में, कुछ ने अलग-अलग तरह से सोचना शुरू कर दिया है कि उपयोगी गणना कैसे करें। विशेष रूप से दो कंपनियों ने क्वांटम और ऑप्टिकल कंप्यूटिंग के उन्नत रूपों के संदर्भ में हमारा ध्यान आकर्षित किया है। कैनेडियन डी-वेव सिस्टम और ब्रिटेन आधारित है Optalysys, जो दोनों बहुत अलग समस्या सेट करने के लिए बहुत अलग दृष्टिकोण है।

संगीत को बदलने का समय

डी-वेव को हाल ही में बहुत अधिक प्रेस मिला, उनके सुपर-कूल्ड अशुभ ब्लैक बॉक्स के साथ एक बेहद साइबरपंक इंटीरियर-स्पाइक के साथ, जिसमें हार्ड-टू-इमेज शक्तियों के साथ एक एनग्मैटिक नग्न-चिप होता है।

संक्षेप में, डी 2 प्रणाली कारण और प्रभाव नियम पुस्तक को प्रभावी ढंग से बाहर निकालकर समस्या को हल करने के लिए एक पूरी तरह से अलग दृष्टिकोण लेती है। तो Google / NASA / लॉकहीड मार्टिन ने किस तरह की समस्याओं का समर्थन किया है?

द रंबिंग मैन

ऐतिहासिक रूप से, यदि आप एक हल करना चाहते हैं एनपी-हार्ड या इंटरमीडिएट समस्या, जहां संभावित समाधानों की एक उच्च संख्या होती है, जिनमें एक व्यापक रेंज का उपयोग होता है, जिसमें 'दृष्टिकोण' शास्त्रीय दृष्टिकोण बस काम नहीं करता है। उदाहरण के लिए यात्रा सेल्समैन समस्या; दिए गए N- शहर, सभी शहरों में एक बार जाने के लिए सबसे छोटा रास्ता खोजें। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि टीएसपी माइक्रोचिप निर्माण, लॉजिस्टिक्स और यहां तक ​​कि डीएनए अनुक्रमण जैसे कई क्षेत्रों में एक प्रमुख कारक है,

लेकिन ये सभी समस्याएं एक स्पष्ट रूप से सरल प्रक्रिया में उबलती हैं; से शुरू करने के लिए एक बिंदु चुनें, एन, चीजों के आसपास एक मार्ग उत्पन्न करें ’, दूरी को मापें, और यदि कोई मौजूदा है जिस मार्ग से यह छोटा है, उस मार्ग को छोड़ दें और तब तक आगे बढ़ें जब तक कि अधिक मार्ग न हों चेक।

यह आसान लगता है, और छोटे मूल्यों के लिए, यह है; 3 शहरों के लिए जाँच करने के लिए 3 * 2 * 1 = 6 मार्ग हैं, 7 शहरों के लिए 7 * 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 5040 हैं, जिन्हें संभालना कंप्यूटर के लिए बहुत बुरा नहीं है। यह है एक कारख़ाने का अनुक्रम, और "एन!" के रूप में व्यक्त किया जा सकता है, इसलिए 5040 7 है !।

हालांकि, जब तक आप यात्रा करने के लिए 10 शहरों में थोड़ा आगे जाते हैं, तब तक आपको 3 मिलियन से अधिक मार्गों का परीक्षण करने की आवश्यकता होती है। जब तक आप 100 तक पहुँचते हैं, तब तक आपके द्वारा जाँच किए जाने वाले मार्गों की संख्या 9 है 157 अंक। इस तरह के कार्यों को देखने का एकमात्र तरीका लॉगरिदमिक ग्राफ का उपयोग करना है, जहां y- अक्ष 1 (10 ^ 0), 10 (10 ^ 1), 100 (10 ^ 2), 1000 (10 ^ 3) से शुरू होता है ) और इसी तरह।

संख्याएं बहुत बड़ी हो जाती हैं जो किसी भी मशीन पर यथोचित प्रक्रिया करने में सक्षम होती हैं जो आज मौजूद हैं या शास्त्रीय कंप्यूटिंग आर्किटेक्चर का उपयोग करके मौजूद हो सकती हैं। लेकिन डी-वेव जो कर रहा है वह बहुत अलग है।

वेसुवियस इमर्जेस

में वेसुवियस चिप डी 2 लगभग 500 500 का उपयोग करता हैqubitsAtions या क्वांटम बिट्स नामक विधि का उपयोग करके इन गणनाओं को करने के लिए क्वांटम अन्नलिंग. एक समय में प्रत्येक मार्ग को मापने के बजाय, वेसुवियस क्यूबिट्स को एक सुपरपोजिशन राज्य में स्थापित किया जाता है (न तो न तो या न ही, संचालन पर) एक साथ एक संभावित क्षेत्र के रूप में) और समाधान के बढ़ते जटिल बीजगणितीय विवरणों की एक श्रृंखला (यानी एक श्रृंखला का Hamiltonian समाधान के विवरण, स्वयं समाधान नहीं) सुपरपोजिशन क्षेत्र पर लागू होते हैं।

वास्तव में, सिस्टम एक साथ हर संभावित समाधान की उपयुक्तता का परीक्षण कर रहा है, जैसे एक गेंद the तय करना ’कि पहाड़ी के नीचे कैसे जाना है। जब सुपरपोज़िशन को ज़मीनी स्थिति में ढील दी जाती है, तो ज़मीनों की ज़मीन को इष्टतम समाधान का वर्णन करना चाहिए।

कई लोगों ने सवाल किया है कि एक पारंपरिक कंप्यूटर पर डी-वेव सिस्टम कितना फायदा देता है। एक विशिष्ट यात्रा सलमान समस्या के खिलाफ मंच के हालिया परीक्षण में, जिसने एक शास्त्रीय कंप्यूटर के लिए 30 मिनट का समय लिया, वेसुवियस पर सिर्फ आधा सेकंड लिया.

हालाँकि, स्पष्ट होने के लिए, यह कभी भी ऐसा सिस्टम नहीं होगा जो आप पर कयामत खेलते हैं। कुछ टिप्पणीकार कोशिश कर रहे हैं एक सामान्य उद्देश्य प्रोसेसर के खिलाफ इस अत्यधिक विशिष्ट प्रणाली की तुलना करें. आप एक तुलना करना बेहतर होगा ओहियो-क्लॉस पनडुब्बी के साथ F35 लाइटनिंग; कोई भी मीट्रिक जिसे आप एक के लिए चुनते हैं, दूसरे के लिए इतना अनुपयुक्त है जितना कि बेकार है।

डी-वेव एक मानक प्रोसेसर और एफएलओपीएस की तुलना में इसकी विशिष्ट समस्याओं के लिए परिमाण के कई आदेशों को तेजी से देख रहा है अनुमान से लेकर एक मनभावन 1.5 पेटा-एफएलओपीएस (इसे अंतिम सार्वजनिक प्रोटोटाइप के समय 2013 में शीर्ष 10 सुपर कंप्यूटर सूची में डालकर) एक अपेक्षाकृत प्रभावशाली 420 GFLOPS। यदि कुछ भी हो, तो यह असमानता FLOPS के अंत की शुरुआत को एक सार्वभौमिक माप के रूप में उजागर करती है जब विशिष्ट समस्या क्षेत्रों पर लागू होती है।

कंप्यूटिंग का यह क्षेत्र समस्याओं के एक बहुत विशिष्ट (और बहुत दिलचस्प) सेट के उद्देश्य से है। चिंता की बात यह है कि इस क्षेत्र में समस्याओं में से एक है क्रिप्टोग्राफी अपने जीमेल, आउटलुक और अन्य वेबमेल को कैसे एन्क्रिप्ट करेंईमेल खाते आपकी व्यक्तिगत जानकारी की कुंजी रखते हैं। अपने Gmail, Outlook.com और अन्य मेल खातों को एन्क्रिप्ट करने का तरीका यहां बताया गया है। अधिक पढ़ें - विशेष रूप से सार्वजनिक कुंजी क्रिप्टोग्राफी।

शुक्र है कि डी-वेव का कार्यान्वयन ऑप्टिमाइज़ेशन एल्गोरिदम पर केंद्रित है, और डी-वेव ने कुछ डिज़ाइन निर्णय लिए (जैसे कि चिप पर पदानुक्रमित पियरिंग संरचना) संकेत दें कि आप उपयोग नहीं कर सकते Vesuvius को हल करने के लिए शोर का एल्गोरिथ्म, जो संभावित रूप से इंटरनेट को इतनी बुरी तरह से अनलॉक करेगा यह रॉबर्ट रेडफ़ोर्ड को गौरवान्वित नहीं करेगा.

लेजर मैथ्स

हमारी सूची में दूसरी कंपनी Optalysys है। ब्रिटेन की यह कंपनी कंप्यूटिंग लेती है और प्रकाश की प्रकृति का उपयोग करके अभिकलन के कुछ वर्गों के प्रदर्शन के लिए प्रकाश के एनालॉग सुपरपोजिशन का उपयोग करके इसे अपने सिर पर घुमाती है। नीचे दिए गए वीडियो में Optalysys सिस्टम की कुछ पृष्ठभूमि और बुनियादी बातों को प्रदर्शित किया गया है प्रो हेंज वोल्फ.

यह थोड़ा हाथ से लहराने वाला है, लेकिन संक्षेप में, यह एक ऐसा बॉक्स है, जो एक दिन आपके डेस्क पर बैठने की उम्मीद करेगा सिमुलेशन, सीएडी / सीएएम और मेडिकल इमेजिंग के लिए अभिकलन सहायता प्रदान करें (और शायद, शायद कंप्यूटर खेल)। वेसुवियस की तरह, कोई रास्ता नहीं है कि Optalysys समाधान मुख्यधारा कंप्यूटिंग कार्यों को करने जा रहा है, लेकिन यह नहीं है कि इसके लिए क्या डिज़ाइन किया गया है।

ऑप्टिकल प्रोसेसिंग की इस शैली के बारे में सोचने का एक उपयोगी तरीका यह है कि इसे एक भौतिक ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट (GPU) की तरह माना जाए। आधुनिक जीपीयू GPU- Z [विंडोज] के साथ विस्तार से अपने ग्राफिक्स त्वरक को जानने के लिएGPU, या ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट, ग्राफिक्स को संभालने के लिए आपके कंप्यूटर का हिस्सा है। दूसरे शब्दों में, यदि गेम आपके कंप्यूटर पर तड़का हुआ है या यह बहुत उच्च गुणवत्ता सेटिंग्स को संभाल नहीं सकता है, ... अधिक पढ़ें ‘समानांतर में कई सारे स्ट्रीमिंग प्रोसेसर का उपयोग करते हैं, जो मेमोरी के विभिन्न क्षेत्रों से आने वाले विभिन्न डेटा पर समान गणना करते हैं। यह आर्किटेक्चर कंप्यूटर ग्राफिक्स उत्पन्न करने के तरीके के एक प्राकृतिक परिणाम के रूप में आया था, लेकिन इस बड़े पैमाने पर समानांतर वास्तुकला का उपयोग सब कुछ के लिए किया गया है उच्च आवृत्ति व्यापार, सेवा कृत्रिम तंत्रिका प्रसार.

Optalsys समान सिद्धांत लेते हैं और उन्हें भौतिक माध्यम में अनुवाद करते हैं; डेटा विभाजन बीम विभाजन, रैखिक बीजगणित बन जाता है क्वांटम हस्तक्षेप, MapReduce शैली फ़ंक्शन ऑप्टिकल फ़िल्टरिंग सिस्टम बन जाते हैं। और ये सभी कार्य निरंतर, प्रभावी रूप से तात्कालिक, समय में संचालित होते हैं।

प्रारंभिक प्रोटोटाइप डिवाइस फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्मेशन करने के लिए 20Hz 500 × 500 एलिमेंट ग्रिड का उपयोग करता है (मूल रूप से, "इस इनपुट स्ट्रीम में कौन-सी आवृत्तियाँ दिखाई देती हैं?") और एक अंडरलेमिंग समतुल्य दिया है का 40 GFLOPS. डेवलपर्स 340 GFLOPS सिस्टम द्वारा लक्ष्य बना रहे हैं अगले वर्ष, जो अनुमानित बिजली की खपत को देखते हुए, एक प्रभावशाली स्कोर होगा।

तो मेरा ब्लैक बॉक्स कहाँ है?

कंप्यूटिंग का इतिहास कंप्यूटर का एक संक्षिप्त इतिहास जिसने दुनिया को बदल दियाआप कंप्यूटर के इतिहास में वर्षों का खर्च कर सकते हैं। टन के आविष्कार, उनके बारे में पुस्तकों के टन - और इससे पहले कि आप उंगली में इंगित करना शुरू कर दें कि अनिवार्य रूप से… अधिक पढ़ें हमें पता चलता है कि शुरू में अनुसंधान प्रयोगशालाओं और सरकारी एजेंसियों के रिजर्व क्या जल्दी से उपभोक्ता हार्डवेयर में अपना रास्ता बनाते हैं। दुर्भाग्य से, कंप्यूटिंग के इतिहास को भौतिकी के नियमों की सीमाओं से नहीं निपटना पड़ा, फिर भी।

व्यक्तिगत रूप से, मुझे नहीं लगता कि डी-वेव और ऑप्टालिसिस 5-10 समय में हमारे डेस्क पर हमारे पास सटीक तकनीकें हैं। पहले पहचानने योग्य पर विचार करें "चतुर घडी" 2000 में अनावरण किया गया और बुरी तरह विफल रहा; लेकिन प्रौद्योगिकी का सार आज भी जारी है। इसी तरह, क्वांटम और ऑप्टिकल कंप्यूटिंग त्वरक में ये अन्वेषण संभवतः 'अगली बड़ी चीज' के रूप में दिखाई देंगे।

सामग्री विज्ञान के करीब है जैविक कंप्यूटर, गणित प्रदर्शन करने के लिए डीएनए जैसी संरचनाओं का उपयोग कर। नैनो प्रौद्योगिकी और ‘प्रोग्रामेबल मैटर’ यह आ रहा है कि बिंदु 'डेटा' को संसाधित करने के बजाय, सामग्री में ही जानकारी होगी, प्रतिनिधित्व और प्रक्रिया दोनों होंगे।

कुल मिलाकर, यह एक कम्प्यूटेशनल वैज्ञानिक के लिए एक नई दुनिया है। आपको क्या लगता है कि यह सब कैसे हो रहा है? टिप्पणियों में इसके बारे में बात करें!

फ़ोटो क्रेडिट:केएल इंटेल पेंटियम A80501 कॉन्स्टेंटिन लांज़ेट द्वारा, Asci लाल - tflop4m अमेरिकी सरकार द्वारा - सांडिया नेशनल लेबोरेटरीज, DWave D2 वैंकूवर सूर्य द्वारा, DWave 128chip डी-वेव सिस्टम्स, इंक द्वारा, ट्रैवलिंग सेल्समैन की समस्या रान्डेल मुनरो (XKCD) द्वारा