Квантовый компьютер и ДНК-технологии: Удивительные новинки
Какие новинки компьютерного мира ожидают нас в ближайшем будущем.
Британские ученые задались мыслью приспособить возможности ДНК для вычислительных устройств. Если ДНК может выступать в качестве языка для программирования жизни, то почему бы не использовать эту способность для создания компьютера, который сможет производить вычисления? Основываясь на умении ДНК «отдавать приказы» различного характера организму, можно попытаться заставить ее молекулы обрабатывать большие массивы информации. И то, что это вполне жизнеспособная идея, уже доказано учеными.
В компьютерах, которые используются сейчас, имеется определенное количество процессоров, которые и выполняют необходимые операции. Машина, созданная на базе молекул ДНК, может «разрастаться» - проще говоря, копировать себя в соответствии с заданным объемом вычислений. То есть, чем больше объем работ, которые необходимо проделать такому компьютеру, тем большее количество молекул будет создано самим устройством внутри себя и задействовано в выполнении задания. Это позволит выполнять параллельные расчеты настолько быстро, что пока кажется даже невероятным. Подобное могут проделывать квантовые компьютеры, которые пока только начинают развиваться, в них внедряются новые технологии с целью добиться более совершенных вычислительных процессов. Но их использование, и это понятно уже сейчас, требует больших технических затрат, тогда как с компьютерами на основе ДНК все гораздо проще.
Ведущий работу британских ученых по созданию ДНК-компьютера, профессор Росс Кинг продемонстрировал прототип универсальной разработки, которая обладает огромной производительностью, значительно опережающей новые квантовые и, уж тем более, обычные электронные компьютеры. Ученые из разных стран десятилетиями стремились доказать, что создание такого компьютера - не плод фантазий, а самая настоящая реальность, но выстроить механизм, основанный на молекулах ДНК, и приспособить его для вычислений удалось лишь англичанам совсем недавно. Итоги своей работы, являющейся, по сути, прорывом в мире компьютерных технологий, они в ближайшее время опубликуют в журнале Journal of the Royal Society Interface.
Для наглядности профессор Кинг привел работу компьютера по поиску выхода из лабиринта: когда наше устройство окажется на месте, где дороги расходятся, то в отличие от своего электронного «собрата», который сможет пойти только по одной из двух дорог, он может просто раздвоиться и пойти по обеим сразу. Нетрудно понять, что к правильному решению он, таким образом, придет гораздо быстрее. Это становится возможным в результате применения технологии ДНК, а не кремниевых чипов в создании компьютера. Стоит отметить, что квантовый компьютер тоже может воспользоваться двумя путями вычисления одновременно, но если эти пути строго симметричны, тогда как любая ассиметрия сведет на нет все попытки ускорить вычисление.
Микро-размеры молекул ДНК дают возможность вместить в компьютер, работающий на них, в сотни раз большее количество компонентов, чем обычный ПК. Еще одним плюсом ДНК-компьютеров является минимальное потребление электроэнергии. Осталось лишь подождать пару десятков лет, когда это научное открытие будет воплощено в жизнь и поставлено на поток.
А пока молекулярные компьютеры на основе ДНК еще находятся на стадии проведения исследований и экспериментов с последующей разработкой технологий, квантовые компьютеры уже вовсю разрабатываются и тестируются первые образцы. Один из них, например, снабжен шестикубитным квантовым процессором, он пока работает в тестовом режиме, а тем временем, ученые уже запланировали создать 50-кубитный компьютер, который будет считаться самым мощным в мире. Занимается этим компания Google, решившая первой покорить рубеж квантового превосходства, отделяющий возможности производительности квантовых систем будущего от возможностей, имеющихся у современных суперкомпьютеров.
На имеющемся шестикубитном квантовом чипе, который создавался два года, Google пока отрабатывает технологии производства кубитов и выстроения их взаимосвязи. Сам по себе кубит представляет собой квантовый разряд, являющийся наименьшей единицей, элементом, позволяющим хранить информацию в квантовом компьютере. Изменяясь, кубит случайно переходит в одно из своих же собственных состояний, которых у него два, есть также и суперпозиция. У кубитов может быть взаимосвязь, которую невозможно наблюдать, но при каждом изменении одного из нескольких кубитов, другие будут меняться согласованно с ним. В этом, собственно, и есть суть квантового регистра, который представляет собой совокупность кубитов, запутанных между собой. В любом случае, отдельный кубит, а уже тем более, квантовый регистр несет гораздо больший объем информации, чем классический регистр битов. Он способен реализовывать различные тонкие зависимости между битами. Наблюдать все процессы состояний квантовых регистров и кубитов полностью пока невозможно для человека, но между собой они могут совершать обмен собственным состоянием и преобразовывать его.
Компьютерные технологии развиваются, опережая друг друга, и какими компьютерами будут пользоваться наши внуки и правнуки, мы сейчас даже вряд ли сможем себе представить.
