Περιεχόμενο
- Στην αρχή, υπήρχε ENIAC
- No Bugs, No Stress - Ο οδηγός σας βήμα προς βήμα για τη δημιουργία λογισμικού που αλλάζει τη ζωή χωρίς να καταστρέφει τη ζωή σας
- Κβαντική Υπολογιστική: Το Μεγάλο Διάλειμμα
- Αίσθηση μεγάλων δεδομένων
Πηγή: Krishnacreations / Dreamstime.com
Πάρε μακριά:
Η τεχνολογία των υπολογιστών έχει προχωρήσει κατά μήκος του ίδιου μονοπατιού εδώ και δεκαετίες, αλλά ο κβαντικός υπολογισμός είναι μια τεράστια απομάκρυνση από αυτό που ήρθε πριν από αυτό.
Στις 28 Σεπτεμβρίου 2012, οι New York Times έτρεξαν μια ιστορία, "Οι Αυστραλοί επιταχύνουν στην αναζήτηση μιας νέας τάξης υπολογιστών", σχετικά με αυτό που φαίνεται να είναι μια σημαντική ανακάλυψη στον αγώνα για την κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή εργασίας.
Ενώ ο ορισμός ενός κβαντικού υπολογιστή θα παραπέμπει πολλούς αναγνώστες, αρκεί να πούμε ότι ένας υπολογιστής κβαντικού εργασίας θα είναι επαναστατικός στον κόσμο της τεχνολογίας.
Η τεχνολογία των υπολογιστών στηρίζεται στις αλλαγές στον κόσμο που έχουμε βιώσει τα τελευταία 50 χρόνια - η παγκόσμια οικονομία, το διαδίκτυο, η ψηφιακή φωτογραφία, η ρομποτική, τα smartphones και το ηλεκτρονικό εμπόριο βασίζονται σε υπολογιστές. Είναι σημαντικό λοιπόν, πιστεύω, να έχουμε κάποια βασική κατανόηση της τεχνολογίας για να καταλάβουμε πού μπορεί να μας πάρει η κβαντική πληροφορική.
Στην αρχή, υπήρχε ENIAC
Έτσι λοιπόν, ξεκινάει από την αρχή. Ο πρώτος ηλεκτρονικός υπολογιστής που λειτουργούσε ήταν ο Ηλεκτρονικός Αριθμητικός Ολοκληρωτής και Υπολογιστής, πιο γνωστός ως ENIAC. Αναπτύχθηκε στην Σχολή Μηχανικών του Moore του Πανεπιστημίου της Πενσυλβανίας με τη χρηματοδότηση του Στρατού των Η.Π.Α. για τον υπολογισμό των τροχοδρόμων κατά τον Β 'Παγκόσμιο Πόλεμο. (Εκτός από το γεγονός ότι το ENIAC ήταν ένα θαύμα της τεχνολογίας, το ENIAC φρόντισε για πολλά μεγάλα έργα πληροφορικής τα επόμενα χρόνια, αλλά ήταν πολύ αργά για τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, ο οποίος τελείωσε πριν ολοκληρωθεί ο υπολογιστής.)
Η καρδιά της ικανότητας επεξεργασίας της ENIAC ήταν σωλήνες κενού - 17.468 από αυτούς. Επειδή ένας σωλήνας κενού έχει μόνο δύο καταστάσεις - και εκτός λειτουργίας (αναφερόμενος και ως 0/1), οι υπολογιστές υιοθέτησαν δυαδική αριθμητική και όχι δεκαδική αριθμητική, όπου οι τιμές κυμαίνονται από 0 έως 9. Κάθε μία από αυτές τις μεμονωμένες αναπαραστάσεις ονομάζεται bit, σύντομη για "δυαδικό ψηφίο". (Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την ιστορία του ENIAC, βλ. Οι γυναίκες της ENIAC: Προγραμματιστές πρωτοπόρων.)
Ήταν προφανώς απαραίτητο να υπάρξει κάποιος τρόπος να αντιπροσωπεύσουμε τους αριθμούς, τα γράμματα και τα σύμβολα που γνωρίζουμε, έτσι ένα σχήμα κωδικοποίησης που προτείνεται από το Αμερικανικό Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων (ANSI), γνωστό ως American Standard Character Information Interchange (ASCII) τελικά έγινε το πρότυπο. Κάτω από το ASCII, συνδυάζουμε 8 μπιτ για να σχηματίσουμε ένα χαρακτήρα, ή byte, κάτω από ένα προκαθορισμένο σχήμα. Υπάρχουν 256 συνδυασμοί που αντιπροσωπεύουν αριθμούς, κεφαλαία γράμματα, μικρά γράμματα και ειδικούς χαρακτήρες.
Ταραγμένος? Μην ανησυχείτε για αυτό - ο μέσος χρήστης του υπολογιστή δεν χρειάζεται να γνωρίζει τις λεπτομέρειες. Παρουσιάζεται εδώ μόνο ως δομικό στοιχείο.
Στη συνέχεια, οι υπολογιστές προχώρησαν αρκετά γρήγορα από σωλήνες κενού σε τρανζίστορ (ο William Shockley και η ομάδα Bell Labs του κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ για την ανάπτυξη τρανζίστορ) και στη συνέχεια η δυνατότητα να τοποθετήσουν πολλαπλά τρανζίστορ σε ένα τσιπ για να δημιουργήσουν ολοκληρωμένα κυκλώματα. Δεν ήταν πολύ πριν αυτά τα κυκλώματα περιελάμβαναν χιλιάδες ή ακόμα και εκατομμύρια τρανζίστορ σε ένα τσιπ, το οποίο ονομάστηκε ολοκλήρωση μεγάλης κλίμακας. Αυτές οι κατηγορίες: 1) σωλήνες κενού, 2) τρανζίστορ, 3) IC και 4) VLSI θεωρούνται οι τέσσερις γενιές ανάπτυξης υλικού, ανεξάρτητα από το πόσα τρανζίστορ μπορούν να μπλοκαριστούν σε ένα τσιπ.
No Bugs, No Stress - Ο οδηγός σας βήμα προς βήμα για τη δημιουργία λογισμικού που αλλάζει τη ζωή χωρίς να καταστρέφει τη ζωή σας
Δεν μπορείτε να βελτιώσετε τις δεξιότητες προγραμματισμού σας όταν κανείς δεν ενδιαφέρεται για την ποιότητα του λογισμικού.
Την εποχή που ο ENIAC "έμεινε ζωντανός" το 1946 και όλα αυτά μέσα από αυτές τις γενιές, η υποκείμενη χρήση της δυαδικής αριθμητικής με βάση το σωλήνα κενού παρέμεινε στη θέση του. Ο κβαντικός υπολογισμός αντιπροσωπεύει μια ριζική απομάκρυνση από αυτή τη μεθοδολογία.
Κβαντική Υπολογιστική: Το Μεγάλο Διάλειμμα
Οι κβαντικοί υπολογιστές αξιοποιούν τη δύναμη των ατόμων και των μορίων για να επεξεργάζονται και να εκτελούν εργασίες μνήμης με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα από έναν υπολογιστή που βασίζεται σε πυρίτιο ... τουλάχιστον θεωρητικά. Παρόλο που υπάρχουν ορισμένοι βασικοί κβαντικοί υπολογιστές που μπορούν να εκτελέσουν συγκεκριμένους υπολογισμούς, ένα πρακτικό μοντέλο είναι πιθανό ακόμα αρκετά χρόνια μακριά. Αλλά αν εμφανιστούν, θα μπορούσαν να αλλάξουν δραστικά την ισχύ επεξεργασίας των υπολογιστών.
Ως αποτέλεσμα αυτής της εξουσίας, ο κβαντικός υπολογιστής έχει τη δύναμη να βελτιώσει σημαντικά τη μεγάλη επεξεργασία δεδομένων, διότι, τουλάχιστον θεωρητικά, θα πρέπει να υπερέχει στη μαζική παράλληλη επεξεργασία μη δομημένων δεδομένων.
Οι υπολογιστές έχουν συνεχίσει με δυαδική επεξεργασία για έναν και μόνο λόγο: δεν υπήρχε κανένας λόγος να βρεθούν με κάτι που λειτούργησε. Μετά από όλα, οι ταχύτητες επεξεργασίας υπολογιστών διπλασιάζονται κάθε 18 μήνες σε δύο χρόνια. Το 1965, ο αντιπρόεδρος της Intel, Gordon Moore, έγραψε ένα έγγραφο που περιγράφει λεπτομερώς το νόμο του Moore, όπου ανέφερε ότι η πυκνότητα των επεξεργαστών θα διπλασιάστηκε κάθε δύο χρόνια, με αποτέλεσμα τον διπλασιασμό της ταχύτητας επεξεργασίας. Αν και είχε γράψει ότι πρόβλεψε ότι η τάση αυτή θα διαρκέσει για 10 χρόνια, έχει - αξιοσημείωτα - συνεχίσει μέχρι σήμερα. (Έχουν υπάρξει μερικοί πρωτοπόροι υπολογιστών που έχουν σπάσει το δυαδικό καλούπι. Μάθετε περισσότερα στο Why Not Ternary Computers;)
Αλλά η αύξηση της ταχύτητας επεξεργασίας απέχει πολύ από τον μοναδικό παράγοντα βελτίωσης της απόδοσης του υπολογιστή. Οι βελτιώσεις στην τεχνολογία αποθήκευσης και η εμφάνιση των τηλεπικοινωνιών έχουν σχεδόν εξίσου μεγάλη σημασία. Στις πρώτες μέρες των προσωπικών υπολογιστών, οι δισκέτες είχαν 140.000 χαρακτήρες και ο πρώτος σκληρός δίσκος που αγόρασα ανήκε σε 10 εκατομμύρια χαρακτήρες. (Επίσης μου κοστίζει 5.500 δολάρια και ήταν τόσο μεγάλη όσο ένας επιτραπέζιος υπολογιστής). Ευτυχώς, η αποθήκευση έχει πάρει πολύ μεγαλύτερη χωρητικότητα, μικρότερη σε μέγεθος, ταχύτερη ταχύτητα μεταφοράς και πολύ, πολύ φθηνότερη.
Η μεγάλη αύξηση της χωρητικότητας μας επιτρέπει να συγκεντρώσουμε πληροφορίες σε περιοχές που είτε προηγουμένως μπορούσαμε μόνο να χαράξουμε την επιφάνεια ή και να μην βυθίσουμε καθόλου. Αυτό περιλαμβάνει θέματα με πολλά δεδομένα, όπως ο καιρός, η γενετική, η γλωσσολογία, η επιστημονική προσομοίωση και η έρευνα για την υγεία, μεταξύ πολλών άλλων.
Αίσθηση μεγάλων δεδομένων
Όλο και περισσότερο, τα μεγάλα δεδομένα εκμετάλλευσης διαπιστώνουν ότι παρά τα όσα κέρδη στην επεξεργαστική ισχύ που έχουμε κάνει, δεν επαρκεί. Αν θέλουμε να καταφέρουμε να κατανοήσουμε αυτό το τεράστιο όγκο δεδομένων που συσσωρεύουμε, θα χρειαστούμε νέους τρόπους ανάλυσης και παρουσίασής του καθώς και ταχύτερους υπολογιστές για να το επεξεργαστούμε. Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορεί να μην είναι έτοιμοι για δράση, αλλά οι εμπειρογνώμονες παρακολουθούν την εξέλιξή τους ως το επόμενο επίπεδο επεξεργασίας υπολογιστών. Δεν μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα, αλλά η επόμενη μεγάλη αλλαγή στην τεχνολογία των υπολογιστών θα μπορούσε να είναι μια πραγματική απόκλιση από τα τσιπ πυριτίου που μας έφεραν μέχρι τώρα.