Databehandling har kommet utrolig langt i løpet av de siste tiårene. Vi er midt i en teknologisk revolusjon, med maskiner som blir mer avanserte for hvert år. To spesielt avanserte oppfinnelser, superdatamaskinen og kvantedatamaskinen, har massevis av bruksområder og potensiale. Men hva er forskjellen mellom en superdatamaskin og en kvantedatamaskin, og hvilken er bedre?
Hva er en superdatamaskin?
Superdatamaskiner er enorme systemer som kan spenne over hele rom i størrelse. Disse maskinene ser ikke ut som en typisk stasjonær PC eller bærbar PC. Snarere består superdatamaskiner av store grupper av prosessorer, som alle jobber sammen for å oppnå et bestemt mål.
Superdatamaskiner dukket først opp på 1960-tallet, etter opprettelsen av CDC (Control Data Corporation) 6600. Dette regnes som den første superdatamaskinen som noen gang er bygget og var rundt ti ganger kraftigere enn standarddatamaskinene på den tiden. Men ting har kommet veldig langt siden den gang.
Dagens superdatamaskiner er ekstremt kraftige, for å si det mildt. Men selvfølgelig er alt dette relativt. CDC 6600 var et fenomen innen databehandling, men vil ikke bli sett på som noe spesielt i dag. Tross alt tok det bare et halvt tiår før den ble overskredet av CDC 7600. Så husk det når du vurderer kraften til superdatamaskiner i dag.
Som din egen PC kan superdatamaskiner behandle og lagre data, men går mye lenger utover det. Disse maskinene kan utføre utrolig komplekse beregninger og simuleringer som aldri kunne oppnås av mennesker eller datamaskinene vi alle bruker i hverdagen. De kan også raskt utføre prosesser som en vanlig datamaskin kan ta måneder eller år å fullføre.
For eksempel kan en moderne superdatamaskin forutsi resultatet av en atomeksplosjon, produsere svært komplekse modeller av hjernen og til og med utføre simuleringer av universets opprinnelse. Mulighetene til disse maskinene er noe imponerende og har vist seg nyttige i en rekke forskjellige bransjer.
Men i kjernen har superdatamaskiner de samme muttere og bolter som vanlige datamaskiner. Forskjellen er at disse datamaskinene er enorme og består av tusenvis eller hundretusenvis av CPUer (sentrale prosesseringsenheter), og har derfor mye høyere prosessorkraft enn din standard PC. Datamaskinen du bruker daglig har sannsynligvis en håndfull CPU-kjerner, og noen har bare én. Så forestill deg hva som kunne oppnås hvis kraften ble økt mange, mange ganger.
Superdatamaskiner er fascinerende, men utrolig dyre å bygge og vedlikeholde. Millioner av dollar kan helles inn i en enkelt superdatamaskin, og det kreves enorme mengder elektrisk kraft for å holde dem i drift.
Og selv disse svært avanserte maskinene har sine begrensninger. Spesielt er superdatamaskiners evner begrenset til størrelsen deres. Dagens superdatamaskiner er allerede enorme og koster mye penger å drive. Så jo større en superdatamaskin blir, jo dyrere blir den.
På toppen av dette genererer superdatamaskiner enorme mengder varme som må fjernes for å forhindre overoppheting. Alt i alt er bruken av superdatamaskiner en veldig kostbar og uttømmende prosess. I tillegg er det noen problemer som superdatamaskiner ikke kan løse rett og slett fordi de er for komplekse.
En relativt ny spiller i dataspillet kan imidlertid ha muligheten til å overgå superdatamaskiner og oppnå det de ikke kan: kvantedatamaskiner.
Hva er en kvantedatamaskin?
De konseptet med kvanteberegning oppsto først på 1980-tallet. I løpet av denne tiden bidro pionerer som Richard Benioff, Richard Feynman og Yuri Manin til å utvikle kvanteberegningsteorien. Men på dette tidspunktet var kvanteberegning bare en idé og hadde aldri blitt brukt i en virkelig verden.
Atten år senere, i 1998, skapte Isaac Chuang, Neil Gershenfeld og Mark Kubinec den første kvantedatamaskinen. Behandlingshastigheten til denne datamaskinen er rudimentær sammenlignet med dagens mest avanserte kvantedatamaskiner, men utviklingen av denne første maskinen i sitt slag var intet mindre enn revolusjonerende.
Som du kan se på bildet ovenfor, ser ikke kvantedatamaskiner ut som typiske datamaskiner. Dette er fordi de opererer på drastisk forskjellige måter. Mens datamaskiner og superdatamaskiner bruker binær kode for å lagre informasjon, bruker kvantedatamaskiner små enheter kjent som qubits (eller kvantebiter).
Qubits er ufattelig små. De er laget av enda mindre kvantesystemer, som protoner og elektroner, de grunnleggende komponentene i atomer. Det som er bra med qubits er at de kan eksistere i flere tilstander samtidig. La oss bryte ned dette.
Binær kode er nettopp det, binær. Dette betyr at bits kun kan eksistere som en null eller en ener, noe som kan være begrensende når det gjelder å utføre avanserte prosesser. På den annen side kan Qubits eksistere samtidig i flere tilstander, kjent som kvantesuperposisjon. Qubits kan også oppnå kvanteforviklinger, der par med qubits kobles sammen.
Ved å bruke kvantesuperposisjon kan kvantedatamaskiner vurdere flere qubit-konfigurasjoner samtidig, noe som gjør det mye enklere å løse svært komplekse problemer. Og gjennom kvantesammenfiltring kan to qubits eksistere i samme tilstand og påvirke hverandre på matematisk forutsigbare måter. Dette bidrar til prosesseringsevnen til kvantedatamaskiner.
Samlet sett gir evnen til å vurdere flere tilstander samtidig kvantedatamaskiner potensial til å løse ekstremt komplekse beregninger og kjøre svært avanserte simuleringer.
Ulike selskaper jobber for tiden med utvikling av kvantedatamaskiner, inkludert IBM og Google. For eksempel som pr Ny vitenskapsmann, i 2019 hevdet Google at kvantedatamaskinen, Sycamore, overgikk en superdatamaskin i sine evner. Google uttalte at Sycamore på 200 sekunder kunne løse en beregning som ville ta en superdatamaskin 10 000 år å fullføre.
Men bare to år senere, igjen, som pr Ny vitenskapsmann, ble en ikke-kvantealgoritme utviklet i Kina som gjorde det mulig for vanlige datamaskiner å løse det samme problemet på bare noen få timer, noe som betyr at en superdatamaskin ville være i stand til å løse det, også.
Så det er et stort "hvis" som henger over hele feltet av kvanteberegning. Denne teknologien er fortsatt veldig i sin tidlige fase og har en lang vei å gå før den kan stole på som et alternativ til superdatamaskiner.
Kvantedatamaskiner er utrolig vanskelige å bygge og programmere og har fortsatt høye feilrater. På toppen av dette gjør den nåværende prosessorkraften til kvantedatamaskiner dem helt uegnet for typiske applikasjoner. Som et resultat er det mange voksesmerter som kvantedatabehandling må gjennom før den blir en pålitelig og mye brukt teknologi.
Superdatamaskiner er det beste for nå
Mens kvantedatamaskiner har potensialet til å overgå superdatamaskiner, er dette fortsatt stort sett hypotetisk. En dag kan vi se at kvanteberegningen går videre til det punktet hvor superdatamaskiner ikke lenger er nødvendige. Det er ingen tvil om at det allerede er gjort store utviklinger på dette feltet. Men foreløpig er kvantedatamaskiner fortsatt i de tidlige stadiene, og det kan ta flere tiår før de blir mainstream.