Beregning af fordelene ved exascale og kvantecomputere

En kvintillion udregninger i sekundet. Det er en med 18 nuller efter sig. Det er den hastighed, hvormed en exascale supercomputer vil behandle oplysninger. Department of Energy (DOE) er ved at forberede den første exascale-computer, der skal implementeres i 2021. To mere følger kort efter. Alligevel kan kvantecomputere muligvis udføre mere komplekse beregninger endnu hurtigere end disse kommende exascale-computere. Men disse teknologier supplerer hinanden meget mere, end de konkurrerer.

Det vil vare et stykke tid, før kvantecomputere er klar til at tackle store videnskabelige forskningsspørgsmål. Mens kvanteforskere og videnskabsmænd inden for andre områder samarbejder om at designe kvantecomputere, så de er så effektive som muligt, når de er klar, det er stadig langt væk. Forskere er ved at finde ud af, hvordan man bygger qubits til kvantecomputere, selve grundlaget for teknologien. De er ved at etablere de mest fundamentale kvantealgoritmer, som de skal bruge for at lave simple beregninger. Hardwaren og algoritmerne skal være langt nok til, at kodere kan udvikle operativsystemer og software til at udføre videnskabelig forskning. I øjeblikket, vi er på samme punkt inden for kvanteberegning, som videnskabsmænd i 1950'erne var med computere, der kørte på vakuumrør. De fleste af os har regelmæssigt computere i lommen nu, men det tog årtier at nå dette niveau af tilgængelighed.

I modsætning, exascale computere vil være klar næste år. Når de starter, de vil allerede være fem gange hurtigere end vores hurtigste computer – Summit, på Oak Ridge National Laboratory's Leadership Computing Facility, en DOE Office of Science brugerfacilitet. Med det samme, de vil være i stand til at tackle store udfordringer ved modellering af jordsystemer, analysere gener, spore barrierer for fusion, og mere. Disse kraftfulde maskiner vil gøre det muligt for forskere at inkludere flere variabler i deres ligninger og forbedre modellernes nøjagtighed. Så længe vi kan finde nye måder at forbedre konventionelle computere på, vi gør det.

Når kvantecomputere er klar til bedste sendetid, forskere vil stadig have brug for konventionelle computere. De vil hver især opfylde forskellige behov.

DOE designer sine exascale-computere til at være usædvanligt gode til at køre videnskabelige simuleringer samt maskinlæring og kunstig intelligens-programmer. Disse vil hjælpe os med at gøre de næste store fremskridt inden for forskning. På vores brugerfaciliteter, som producerer stadig større mængder data, disse computere vil være i stand til at analysere disse data i realtid.

kvantecomputere, på den anden side, vil være perfekt til modellering af interaktioner mellem elektroner og kerner, der er bestanddele af atomer. Da disse interaktioner er grundlaget for kemi og materialevidenskab, disse computere kan være utroligt nyttige. Anvendelser omfatter modellering af grundlæggende kemiske reaktioner, forståelse af superledelse, og designe materialer fra atomniveau og op. Kvantecomputere kan potentielt reducere den tid, det tager at køre disse simuleringer, fra milliarder af år til et par minutter. En anden spændende mulighed er at forbinde kvantecomputere med et kvanteinternetnetværk. Dette kvante internet, kombineret med det klassiske internet, kunne have en dyb indvirkning på videnskaben, national sikkerhed, og industri.

Ligesom den samme videnskabsmand kan bruge både en partikelaccelerator og et elektronmikroskop afhængigt af hvad de skal gøre, konventionel og kvanteberegning vil hver have forskellige roller at spille. Forskere støttet af DOE ser frem til at forfine de værktøjer, som begge vil levere til forskning i fremtiden.