Die horison van eersgenoemde - en verder ...

Aan die een kant moet hulle ons help om kanker te verslaan, die weer akkuraat te voorspel en kernfusie te bemeester. Aan die ander kant is daar vrese dat hulle wêreldwye vernietiging sal veroorsaak of die mensdom sal verslaaf. Op die oomblik is die berekeningsmonsters egter steeds nie in staat om groot goed en universele kwaad op dieselfde tyd te doen nie.

In die 60's het die doeltreffendste rekenaars die krag gehad megaflops (miljoene drywende punt bewerkings per sekonde). Eerste rekenaar met verwerkingskrag bo 1 GFLOPS (gigaflops) was Cray 2, vervaardig deur Cray Research in 1985. Die eerste model met verwerkingskrag bo 1 TFLOPS (teraflops) was ASCI Rooi, geskep deur Intel in 1997. Krag 1 PFLOPS (petaflops) bereik Wegloper, vrygestel deur IBM in 2008.

Die huidige rekenaarkragrekord behoort aan die Chinese Sunway TaihuLight en is 9 PFLOPS.

Alhoewel, soos u kan sien, het die kragtigste masjiene nog nie honderde petaflops bereik nie, meer en meer exascale stelselswaarin die mag in ag geneem moet word exaflopsach (EFLOPS), d.w.s. ongeveer 1018 bewerkings per sekonde. Sulke strukture is egter nog net in die stadium van projekte van verskillende grade van gesofistikeerdheid.

VERLAGINGS (, swaaipunt-bewerkings per sekonde) is 'n eenheid van rekenaarkrag wat hoofsaaklik in wetenskaplike toepassings gebruik word. Dit is meer veelsydig as die voorheen gebruikte MIPS-blok, wat die aantal verwerkerinstruksies per sekonde beteken. 'n Flop is nie 'n SI nie, maar dit kan geïnterpreteer word as 'n eenheid van 1/s.

Jy het 'n exascale nodig vir kanker

'n Exaflops, of 'n duisend petaflops, is meer as al die top XNUMX superrekenaars saam. Wetenskaplikes hoop dat 'n nuwe generasie masjiene met sulke krag deurbrake op verskeie gebiede sal bring.

Exascale rekenaarkrag gekombineer met vinnig vorderende masjienleertegnologieë behoort uiteindelik byvoorbeeld te help kraak die kankerkode. Die hoeveelheid data wat dokters moet hê om kanker te diagnoseer en te behandel, is so groot dat dit moeilik is vir konvensionele rekenaars om die taak te hanteer. In 'n tipiese enkeltumorbiopsiestudie word meer as 8 miljoen metings geneem, waartydens dokters die gedrag van die gewas, sy reaksie op farmakologiese behandeling en die effek op die pasiënt se liggaam ontleed. Dit is 'n regte oseaan van data.

het Rick Stevens van die Amerikaanse departement van energie (DOE) se Argonne-laboratorium gesê. -

Wetenskaplikes werk daaraan om mediese navorsing met rekenaarkrag te kombineer Neurale netwerk stelsel KERS (). Dit laat jou toe om 'n behandelingsplan te voorspel en te ontwikkel wat aangepas is vir die individuele behoeftes van elke pasiënt. Dit sal wetenskaplikes help om die molekulêre basis van sleutelproteïeninteraksies te verstaan, voorspellende geneesmiddelreaksiemodelle te ontwikkel en optimale behandelingstrategieë voor te stel. Argonne glo dat exascale-stelsels die CANDLE-toepassing 50 tot 100 keer vinniger sal kan laat loop as die kragtigste supermasjiene wat vandag bekend is.

Daarom sien ons uit na die verskyning van exascale superrekenaars. Die eerste weergawes sal egter nie noodwendig in die VSA verskyn nie. Natuurlik is die VSA in die wedloop om hulle te skep, en die plaaslike regering in 'n projek bekend as Aurora werk saam met AMD, IBM, Intel en Nvidia en streef daarna om voor buitelandse mededingers te kom. Dit sal egter na verwagting nie voor 2021 gebeur nie. Intussen, in Januarie 2017, het Chinese kenners die skepping van 'n exascale prototipe aangekondig. 'n Ten volle funksionerende model van hierdie soort berekeningseenheid is − Tianhe-3 - dit is egter onwaarskynlik dat dit in die volgende paar jaar gereed sal wees.

Die Chinese hou styf vas

Die feit is dat Chinese ontwikkelings sedert 2013 die lys van die kragtigste rekenaars ter wêreld was. Hy het jare lank oorheers Tianhe-2en nou behoort die palm aan die genoemde Sunway TaihuLight. Daar word geglo dat hierdie twee kragtigste masjiene in die Middelryk baie kragtiger is as al een-en-twintig superrekenaars in die Amerikaanse departement van energie.

Amerikaanse wetenskaplikes wil natuurlik die leidende posisie wat hulle vyf jaar gelede beklee het, herwin, en werk aan 'n stelsel wat hulle sal toelaat om dit te doen. Dit word by die Oak Ridge National Laboratory in Tennessee gebou. Beraad (2), 'n superrekenaar wat later vanjaar in gebruik geneem word. Dit oortref die krag van Sunway TaihuLight. Dit sal gebruik word om nuwe materiale te toets en te ontwikkel wat sterker en ligter is, om die binnekant van die Aarde te simuleer deur akoestiese golwe te gebruik, en om astrofisika-projekte te ondersteun wat die oorsprong van die heelal ondersoek.

2. Ruimtelike plan van die Summit-superrekenaar

By die genoemde Argonne Nasionale Laboratorium beplan wetenskaplikes binnekort om 'n selfs vinniger toestel te bou. Bekend as A21Prestasie sal na verwagting 200 petaflops bereik.

Japan neem ook aan die superrekenaarwedren deel. Alhoewel dit onlangs ietwat oorskadu is deur die wedywering tussen die VSA en China, is dit hierdie land wat beplan om ABKI stelsel (), wat 130 petaflops krag aanbied. Die Japannese hoop dat so 'n superrekenaar gebruik kan word om KI (kunsmatige intelligensie) of deep learning te ontwikkel.

Intussen het die Europese Parlement pas besluit om 'n EU miljard euro superrekenaar te bou. Hierdie rekenaarmonster sal om die draai van 2022 en 2023 met sy werk vir die navorsingsentrums van ons vasteland begin. Die masjien sal binne gebou word EuroGPC-projeken die konstruksie daarvan sal deur die lidlande gefinansier word - dus sal Pole ook aan hierdie projek deelneem. Die voorspelde krag daarvan word algemeen na verwys as "pre-exascale".

Tot dusver, volgens die 2017-ranglys, van die vyfhonderd vinnigste superrekenaars ter wêreld, het China 202 sulke masjiene (40%), terwyl Amerika 144 (29%) beheer.

China gebruik ook 35% van die wêreld se rekenaarkrag vergeleke met 30% in die VSA. Die volgende lande met die meeste superrekenaars op die lys is Japan (35 stelsels), Duitsland (20), Frankryk (18) en die VK (15). Dit is opmerklik dat, ongeag die land van herkoms, al vyfhonderd van die kragtigste superrekenaars verskillende weergawes van Linux gebruik ...

Hulle ontwerp self

Superrekenaars is reeds 'n waardevolle hulpmiddel wat wetenskap en tegnologie industrieë ondersteun. Hulle stel navorsers en ingenieurs in staat om bestendige vordering (en soms selfs groot spronge vorentoe) te maak op gebiede soos biologie, weer- en klimaatvoorspelling, astrofisika en kernwapens.

Die res hang af van hul krag. Oor die volgende dekades kan die gebruik van superrekenaars die ekonomiese, militêre en geopolitieke situasie aansienlik verander van daardie lande wat toegang het tot hierdie tipe voorpunt-infrastruktuur.

Vordering op hierdie gebied is so vinnig dat die ontwerp van nuwe generasies mikroverwerkers reeds te moeilik geword het, selfs vir talle menslike hulpbronne. Om hierdie rede speel gevorderde rekenaarsagteware en superrekenaars toenemend 'n leidende rol in die ontwikkeling van rekenaars, insluitend dié met die voorvoegsel "super".

3. Japannese superrekenaar

Farmaseutiese maatskappye sal binnekort ten volle kan funksioneer danksy rekenaarsupermoondhede verwerking van 'n groot aantal menslike genome, diere en plante wat sal help om nuwe medisyne en behandelings vir verskeie siektes te skep.

Nog 'n rede (eintlik een van die belangrikstes) waarom regerings so baie in die ontwikkeling van superrekenaars belê. Meer doeltreffende voertuie sal toekomstige militêre leiers help om duidelike gevegstrategieë in enige gevegsituasie te ontwikkel, die ontwikkeling van meer doeltreffende wapenstelsels moontlik te maak, en wetstoepassing en intelligensie-agentskappe te ondersteun om potensiële bedreigings vooraf te identifiseer.

Nie genoeg krag vir breinsimulasie nie

Nuwe superrekenaars behoort te help om die natuurlike superrekenaar wat al lank aan ons bekend is – die menslike brein – te ontsyfer.

’n Internasionale span wetenskaplikes het onlangs ’n algoritme ontwikkel wat ’n belangrike nuwe stap verteenwoordig in die modellering van die brein se neurale verbindings. Nuut GEEN algoritme nie, beskryf in 'n ooptoegang-artikel wat in Frontiers in Neuroinformatics gepubliseer is, sal na verwagting 100 biljoen onderling gekoppelde menslike breinneurone op superrekenaars simuleer. Wetenskaplikes van die Duitse navorsingsentrum Jülich, die Noorse Universiteit van Lewenswetenskappe, die Universiteit van Aken, die Japannese RIKEN-instituut en die KTH Royal Institute of Technology in Stockholm was by die werk betrokke.

Sedert 2014 word grootskaalse neurale netwerksimulasies op RIKEN- en JUQUEEN-superrekenaars by die Jülich Superrekenaarsentrum in Duitsland uitgevoer, wat die verbindings van ongeveer 1% van neurone in die menslike brein simuleer. Hoekom net soveel? Kan superrekenaars die hele brein simuleer?

Susanne Kunkel van die Sweedse maatskappy KTH verduidelik.

Tydens die simulasie moet 'n neuronaksiepotensiaal (kort elektriese impulse) na ongeveer al 100 XNUMX mense gestuur word. klein rekenaars genaamd nodusse, elk toegerus met 'n aantal verwerkers wat die werklike berekeninge uitvoer. Elke nodus kontroleer watter van hierdie impulse verband hou met die virtuele neurone wat in hierdie nodus bestaan.

4. Modellering van die breinverbindings van neurone, m.a.w. ons is net aan die begin van die reis (1%)

Uiteraard neem die hoeveelheid rekenaargeheue wat deur verwerkers benodig word vir hierdie bykomende bisse per neuron toe met die grootte van die neurale netwerk. Om verder te gaan as die 1% simulasie van die hele menslike brein (4) sou vereis XNUMX keer meer geheue as wat vandag in alle superrekenaars beskikbaar is. Daarom sou dit moontlik wees om te praat oor die verkryging van 'n simulasie van die hele brein slegs in die konteks van toekomstige exascale superrekenaars. Dit is waar die volgende generasie NEST-algoritme moet werk.

TOP-5 superrekenaars van die wêreld

1. Sanway TaihuLight – ’n 93 PFLOPS-superrekenaar wat in 2016 in Wuxi, China, bekendgestel is. Sedert Junie 2016 is dit boaan die TOP500-lys van superrekenaars met die hoogste rekenaarkrag ter wêreld.

2. Tianhe-2 (Melkweg-2) is 'n superrekenaar met 'n rekenaarkrag van 33,86 PFLOPS wat deur NUDT () in China gebou is. Vanaf Junie 2013

tot Junie 2016 was dit die vinnigste superrekenaar ter wêreld.

3. Pease Dynt - 'n ontwerp ontwikkel deur Cray, geïnstalleer by die Switserse Nasionale Superrekenaarsentrum (). Dit is onlangs opgegradeer – Nvidia Tesla K20X versnellers is vervang met nuwes, Tesla P100, wat dit moontlik gemaak het om rekenaarkrag van 2017 tot 9,8 PFLOPS in die somer van 19,6 te verhoog.

4. Gyokou is 'n superrekenaar wat ontwikkel is deur ExaScaler en PEZY Computing. Geleë by die Japanse Agentskap vir Mariene Wetenskap en Tegnologie (JAMSTEC) van die Yokohama Institute of Geosciences; op dieselfde vloer as die Aarde-simulator. Krag: 19,14 PFLOPs.

5. Titaan is 'n 17,59 PFLOPS superrekenaar wat deur Cray Inc. en in Oktober 2012 by die Oak Ridge National Laboratory in die Verenigde State van stapel gestuur. Van November 2012 tot Junie 2013 was Titan die wêreld se vinnigste superrekenaar. Dit is tans in die vyfde plek, maar is steeds die vinnigste superrekenaar in die VSA.

Hulle ding ook mee om oppergesag in kwantum

IBM glo dat in die volgende vyf jaar nie superrekenaars wat op tradisionele silikonskyfies gebaseer is nie, maar sal begin uitsaai. Die bedryf begin net verstaan ​​hoe kwantumrekenaars gebruik kan word, volgens die maatskappy se navorsers. Daar word verwag dat ingenieurs die eerste groot toepassings vir hierdie masjiene in net vyf jaar sal ontdek.

Kwantumrekenaars gebruik 'n rekenaareenheid genaamd kubitem. Gewone halfgeleiers verteenwoordig inligting in die vorm van rye van 1 en 0, terwyl qubits kwantum-eienskappe vertoon en gelyktydig berekeninge as 1 en 0 kan uitvoer. Dit beteken dat twee kwbits gelyktydig rye van 1-0, 1-1, 0-1 kan verteenwoordig . ., 0-0. Rekenaarkrag groei eksponensieel met elke qubit, so teoreties kan 'n kwantumrekenaar met net 50 qubits meer verwerkingskrag hê as die wêreld se kragtigste superrekenaars.

D-Wave Systems verkoop reeds 'n kwantumrekenaar, waarvan daar na bewering 2 is. qubits. Egter D-Wav kopieëe(5) is aanvegbaar. Alhoewel sommige navorsers hulle goed benut het, het hulle steeds nie beter as klassieke rekenaars gevaar nie en is dit slegs nuttig vir sekere klasse van optimaliseringsprobleme.

5. D-Wave kwantumrekenaars

'n Paar maande gelede het die Google Quantum AI Lab 'n nuwe 72-qubit kwantumverwerker genaamd borselkegels (6). Dit kan binnekort "kwantum-oorheersing" bereik deur 'n klassieke superrekenaar te oortref, ten minste wanneer dit kom by die oplossing van sommige probleme. Wanneer 'n kwantumverwerker 'n voldoende lae foutkoers in werking toon, kan dit meer doeltreffend wees as 'n klassieke superrekenaar met 'n goed gedefinieerde IT-taak.

6. Bristlecone 72 qubit kwantumverwerker

Volgende aan die beurt was die Google-verwerker, want in Januarie het Intel byvoorbeeld sy eie 49-qubit-kwantumstelsel aangekondig, en vroeër het IBM 'n 50-qubit-weergawe bekend gestel. Intel chip, Loihi, dit is ook op ander maniere innoverend. Dit is die eerste "neuromorfiese" geïntegreerde stroombaan wat ontwerp is om na te boots hoe die menslike brein leer en verstaan. Dit is "ten volle funksioneel" en sal later vanjaar aan navorsingsvennote beskikbaar wees.

Dit is egter net die begin, want om silikonmonsters te kan hanteer, het jy z nodig miljoene qubits. 'n Groep wetenskaplikes aan die Nederlandse Tegniese Universiteit in Delft hoop dat die manier om so 'n skaal te bereik is om silikon in kwantumrekenaars te gebruik, want hul lede het 'n oplossing gevind hoe om silikon te gebruik om 'n programmeerbare kwantumverwerker te skep.

In hul studie, gepubliseer in die joernaal Nature, het die Nederlandse span die rotasie van 'n enkele elektron met behulp van mikrogolfenergie beheer. In silikon sal die elektron gelyktydig op en af ​​tol, wat dit effektief in plek hou. Sodra dit bereik is, het die span twee elektrone aan mekaar gekoppel en hulle geprogrammeer om kwantumalgoritmes uit te voer.

Dit was moontlik om op die basis van silikon te skep twee-bis kwantum verwerker.

Dr Tom Watson, een van die skrywers van die studie, het aan die BBC verduidelik. As Watson en sy span daarin slaag om nog meer elektrone saam te smelt, kan dit tot 'n rebellie lei. qubit verwerkersdit sal ons 'n stap nader bring aan die kwantumrekenaars van die toekoms.

- Wie 'n ten volle funksionerende kwantumrekenaar bou, sal die wêreld regeer Manas Mukherjee van die Nasionale Universiteit van Singapoer en hoofondersoeker by die Nasionale Sentrum vir Kwantumtegnologie onlangs in 'n onderhoud gesê. Die wedloop tussen die grootste tegnologiemaatskappye en navorsingslaboratoriums is tans gefokus op die sg kwantum oppergesag, die punt waarop 'n kwantumrekenaar berekeninge kan uitvoer bo enigiets wat die mees gevorderde moderne rekenaars kan bied.

Bogenoemde voorbeelde van die prestasies van Google, IBM en Intel dui daarop dat maatskappye uit die Verenigde State (en dus die staat) op hierdie gebied oorheers. Meer onlangs het China se Alibaba Cloud egter 'n 11-qubit-verwerkergebaseerde wolkrekenaarplatform vrygestel wat wetenskaplikes in staat stel om nuwe kwantumalgoritmes te toets. Dit beteken dat China op die gebied van kwantumrekenaarblokke ook nie die pere met as bedek nie.

Pogings om kwantumsuperrekenaars te skep is egter nie net entoesiasties oor nuwe moontlikhede nie, maar veroorsaak ook omstredenheid.

'n Paar maande gelede, tydens die Internasionale Konferensie oor Kwantumtegnologie in Moskou, het Alexander Lvovsky (7) van die Russiese Kwantumsentrum, wat ook 'n professor in fisika aan die Universiteit van Calgary in Kanada is, gesê dat kwantumrekenaars instrument van vernietigingsonder om te skep.

7. Professor Alexander Lvovsky

Wat het hy bedoel? Eerstens, digitale sekuriteit. Tans word alle sensitiewe digitale inligting wat oor die internet versend word geënkripteer om die privaatheid van belanghebbende partye te beskerm. Ons het reeds gevalle gesien waar kuberkrakers hierdie data kan onderskep deur die enkripsie te breek.

Volgens Lvov sal die voorkoms van ’n kwantumrekenaar dit net vir kubermisdadigers makliker maak. Geen enkripsie-instrument wat vandag bekend is, kan homself beskerm teen die verwerkingskrag van 'n regte kwantumrekenaar nie.

Mediese rekords, finansiële inligting en selfs die geheime van regerings en militêre organisasies sou in 'n pan beskikbaar wees, wat sou beteken, soos Lvovsky opmerk, dat nuwe tegnologie die hele wêreldorde kan bedreig. Ander kenners meen dat die Russe se vrese ongegrond is, aangesien die skepping van 'n regte kwantum-superrekenaar dit ook sal toelaat kwantumkriptografie inisieer, word as onvernietigbaar beskou.

Nog 'n benadering

Benewens tradisionele rekenaartegnologieë en die ontwikkeling van kwantumstelsels, werk verskeie sentrums aan ander metodes om superrekenaars van die toekoms te bou.

Die Amerikaanse agentskap DARPA finansier ses sentrums vir alternatiewe rekenaarontwerpoplossings. Die argitektuur wat in moderne masjiene gebruik word, word konvensioneel genoem von Neumann argitektuurO, hy is al sewentig jaar oud. Die verdedigingsorganisasie se ondersteuning aan universiteitsnavorsers het ten doel om 'n slimmer benadering tot die hantering van groot hoeveelhede data as ooit tevore te ontwikkel.

Buffer en parallelle rekenaars Hier is 'n paar voorbeelde van die nuwe metodes waaraan hierdie spanne werk. Nog een ADA (), wat dit makliker maak om toepassings te ontwikkel deur die SVE en geheuekomponente met modules in een samestelling om te skakel, eerder as om probleme met hul verbinding op die moederbord te hanteer.

Verlede jaar het 'n span navorsers van die VK en Rusland suksesvol getoon dat die tipe "Magic Dust"waaruit hulle saamgestel is lig en materie - uiteindelik beter in "prestasie" tot selfs die kragtigste superrekenaars.

Wetenskaplikes van die Britse universiteite van Cambridge, Southampton en Cardiff en die Russiese Skolkovo-instituut het kwantumdeeltjies bekend as polaritonewat gedefinieer kan word as iets tussen lig en materie. Dit is 'n heeltemal nuwe benadering tot rekenaarrekenaar. Volgens wetenskaplikes kan dit die basis vorm van 'n nuwe tipe rekenaar wat tans onoplosbare vrae kan oplos - op verskeie terreine, soos biologie, finansies en ruimtereise. Die resultate van die studie word in die joernaal Nature Materials gepubliseer.

Onthou dat vandag se superrekenaars net 'n klein fraksie van die probleme kan hanteer. Selfs 'n hipotetiese kwantumrekenaar, as dit uiteindelik gebou is, sal op sy beste 'n kwadratiese spoed bied om die mees komplekse probleme op te los. Intussen word die polaritone wat "feetjiestof" skep, geskep deur lae gallium-, arseen-, indium- en aluminiumatome met laserstrale te aktiveer.

Die elektrone in hierdie lae absorbeer en straal lig van 'n sekere kleur uit. Polaritone is tienduisend keer ligter as elektrone en kan voldoende digtheid bereik om aanleiding te gee tot 'n nuwe toestand van materie bekend as Bose-Einstein-kondensaat (agt). Die kwantumfases van polaritone daarin is gesinchroniseer en vorm 'n enkele makroskopiese kwantumvoorwerp, wat deur fotoluminescensiemetings opgespoor kan word.

8. Plot wat 'n Bose-Einstein-kondensaat toon

Dit blyk dat 'n polaritonkondensaat in hierdie spesifieke toestand die optimaliseringsprobleem kan oplos wat ons genoem het toe ons kwantumrekenaars baie doeltreffender beskryf as qubit-gebaseerde verwerkers. Die skrywers van Brits-Russiese studies het getoon dat as polaritone kondenseer, hul kwantumfases gerangskik word in 'n konfigurasie wat ooreenstem met die absolute minimum van 'n komplekse funksie.

"Ons is aan die begin van die ondersoek van die potensiaal van polariton-plotte om komplekse probleme op te los," skryf Nature Materials mede-outeur prof. Pavlos Lagoudakis, hoof van die Hibriede Fotonika Laboratorium aan die Universiteit van Southampton. "Ons skaal tans ons toestel na honderde nodusse terwyl ons die onderliggende verwerkingskrag toets."

In hierdie eksperimente uit die wêreld van subtiele kwantumfases van lig en materie, lyk dit of selfs kwantumverwerkers iets lomp is en stewig met die werklikheid verbind is. Soos jy kan sien, werk wetenskaplikes nie net aan die superrekenaars van môre en die masjiene van oormôre nie, maar hulle beplan reeds wat oormôre gaan gebeur.

Op hierdie stadium sal die bereiking van exascale nogal 'n uitdaging wees, dan sal jy aan die volgende mylpale op die flopskaal (9) dink. Soos u dalk geraai het, is dit nie genoeg om net verwerkers en geheue daarby te voeg nie. As wetenskaplikes geglo moet word, sal die bereiking van sulke kragtige rekenaarkrag ons toelaat om megaprobleme wat aan ons bekend is, op te los, soos om kanker te ontsyfer of astronomiese data te ontleed.

9. Die toekoms van superrekenaarkunde

Pas die vraag by die antwoord

Wat is volgende?

Wel, in die geval van kwantumrekenaars ontstaan ​​vrae oor waarvoor dit gebruik moet word. Volgens die ou gesegde los rekenaars probleme op wat daarsonder nie sou bestaan ​​nie. So ons moet waarskynlik eers hierdie futuristiese supermasjiene bou. Dan sal probleme vanself ontstaan.

In watter gebiede kan kwantumrekenaars nuttig wees?

Kunsmatige intelligensie. KI () werk op die beginsel van leer deur ervaring, wat meer en meer akkuraat word soos terugvoer ontvang word en totdat die rekenaarprogram "slim" word. Terugvoer is gebaseer op berekeninge van die waarskynlikhede van 'n aantal moontlike opsies. Ons weet reeds dat Lockheed Martin, byvoorbeeld, beplan om sy D-Wave-kwantumrekenaar te gebruik om autopilot-sagteware te toets wat tans te kompleks is vir klassieke rekenaars, en Google gebruik 'n kwantumrekenaar om sagteware te ontwikkel wat motors van landmerke kan onderskei.

Molekulêre modellering. Danksy kwantumrekenaars sal dit moontlik wees om molekulêre interaksies akkuraat te modelleer, op soek na die optimale konfigurasies vir chemiese reaksies. Kwantumchemie is so kompleks dat moderne digitale rekenaars net die eenvoudigste molekules kan ontleed. Chemiese reaksies is kwantum van aard omdat dit hoogs verstrengelde kwantumtoestande skep wat mekaar oorvleuel, so volledig ontwikkelde kwantumrekenaars kan selfs die mees komplekse prosesse maklik evalueer. Google het reeds ontwikkelings op hierdie gebied – hulle het die waterstofmolekule gemodelleer. Die resultaat sal doeltreffender produkte wees, van sonpanele tot medisyne.

Kriptografie. Sekuriteitstelsels is vandag afhanklik van doeltreffende primêre generasie. Dit kan met digitale rekenaars bereik word deur na elke moontlike faktor te soek, maar die blote hoeveelheid tyd wat nodig is om dit te doen, maak "kodebreek" duur en onprakties. Intussen kan kwantumrekenaars dit eksponensieel doen, meer doeltreffend as digitale masjiene, wat beteken dat vandag se sekuriteitsmetodes binnekort verouderd sal raak. Daar is ook belowende kwantumenkripsiemetodes wat ontwikkel word om voordeel te trek uit die eenrigting-aard van kwantumverstrengeling. Stadswye netwerke is reeds in verskeie lande gedemonstreer, en Chinese wetenskaplikes het onlangs aangekondig dat hulle verstrengelde fotone suksesvol vanaf 'n wentelende "kwantum"-satelliet na drie afsonderlike basisstasies terug na die aarde stuur.

Finansiële modellering. Moderne markte is van die mees komplekse stelsels wat bestaan. Alhoewel die wetenskaplike en wiskundige apparaat vir die beskrywing en beheer daarvan ontwikkel is, is die doeltreffendheid van sulke aktiwiteite steeds grootliks onvoldoende as gevolg van die fundamentele verskil tussen wetenskaplike dissiplines: daar is geen beheerde omgewing waarin eksperimente uitgevoer kan word nie. Om hierdie probleem op te los, het beleggers en ontleders hulle tot kwantumrekenaarkunde gewend. Een onmiddellike voordeel is dat die ewekansigheid inherent aan kwantumrekenaars in ooreenstemming is met die stogastiese aard van finansiële markte. Beleggers wil dikwels die verspreiding van uitkomste in 'n baie groot aantal willekeurig gegenereerde scenario's evalueer.

Weervoorspelling. Rodney F. Weiher, hoofekonoom van NOAA, beweer dat byna 30% van die Amerikaanse BBP ($6 triljoen) direk of indirek van die weer afhanklik is. vir voedselproduksie, vervoer en kleinhandel. Dus, die vermoë om die aura beter te voorspel sal baie nuttig wees in baie gebiede, om nie te praat van die langer tyd wat vir natuurrampbeskerming toegeken word nie. Die VK se nasionale meteorologiese arm, die Met Office, het reeds begin om in sulke innovasies te belê om te voldoen aan die krag- en skaalbaarheidsbehoeftes waarmee dit vanaf 2020 te doen sal hê, en het 'n verslag gepubliseer oor sy eie exascale rekenaarbehoeftes.

Deeltjie Fisika. Soliede deeltjie-fisika-modelle is dikwels uiters komplekse, ingewikkelde oplossings wat baie berekeningstyd vir numeriese simulasies verg. Dit maak hulle ideaal vir kwantumberekening, en wetenskaplikes het reeds hieruit munt geslaan. Navorsers aan die Universiteit van Innsbruck en die Instituut vir Kwantumoptika en Kwantuminligting (IQOQI) het onlangs 'n programmeerbare kwantumstelsel gebruik om hierdie simulasie uit te voer. Volgens 'n publikasie in Nature het die groep 'n eenvoudige weergawe van 'n kwantumrekenaar gebruik waarin ione logiese bewerkings uitgevoer het, die basiese stappe van enige rekenaarberekening. Die simulasie het volledige ooreenstemming met die werklike eksperimente van die beskryfde fisika getoon. sê teoretiese fisikus Peter Zoller. -