Има научни и технически изследвания, които изискват екстремна компютърна мощ. Например, мога да ти дам задачата за водородна молекула. Напръв поглед задачката е лесна. А всъщност това е задача за 4 "тела". Математически и физически дори задачата за 3 тела няма точно и универсално решение. А при водородната молекула имаш задача за 4 тела, 2 протона и 2 електрона. Ако трябва да изчислиш енергиите на водородната молекула трябва да "извъртиш" изчисления по всички възможни квантови конфигурации. Сега да усложним задачата още. Вместо една водородна молекула имаш клъстър от 100 молекули. Така имаш задача за 400 тела. И пак, за да сметнеш точно тази система, ще трябва да "извъртиш" всички възможни квантови конфигурации. И т.н.

Целта на тези изчисления е да създадат методи за инженеринг в електрониката, материалознанието, биохимията, и т.н. базирани на точното моделиране на всеки атом и електрон. Например, биохимичен процес, чрез транспорт на електрони или йони. От една страна, има биохимици, които правят експерименти свързани някаква технология. Но на тях им трябва изчислителен метод, който да им дава насока за изследванията и да им служи за интерпретация на данните от експеримента. В днешно време това се прави с големи суперкомпютри и дълги компютърни програми, които правят подобни изчисления. Суперкомпютрите в днешно време се развиват много бързо, но в бъдеще тяхната мощ ще се изчерпи.

От друга страна има голям брой задачи в различни области на физиката, химията, и биологията, които имат математически клас на сложност, отвъд възможностите на суперкомпютрите. Техният клас на сложност е такъв, че изчислителният метод за тяхното решаване може да стане само с квантов компютър, който да покрие изискванията. Един вид, квантовият компютър дава възможност на науката и техниката да прави изчисления на изключително сложни задачи, чиито клас на сложност е извън възможностите на днешните суперкомпютри.

Мога да дам още един пример науката, задачата за пълна 3D симулация на експлозия на свръхнова. Тази задача изисква решаването на изключително сложен комплекс от под-задачи. Това включва ядрена физика, плазма и магнито-хидродинамика, неутринно охлаждане, и Обща Теория на Относителността. Всичко това, се свежда до алгоритъм, който трябва да прави изчисления по 8 математически променливи.

Днешните пета-флоп суперкомпютри могат да решават тази задача само с 4 променливи. За да включиш останалите 4 променливи и да направиш пълната симулация ще ти трябва 1000 пъти по-бърз суперкомпютър. Ще ти трябва екса-флоп изчислителна машина. Таква днес няма, ще бъде направена след 5-6 години, като едно от приложенията е именно пълно и точно моделиране на астрофизични процеси. Недостъкът е, че екса-флоп компютъра ще има размерите на НДК, ще му трябва отделна електроцентрала и охлаждаща система за да работи.

Някой ще попита, дали е нужно да се моделират експлозии на свърхнови? Важно е, защото звездата Бетелгайзе например е гигант, който трябва да еволюира в свърхнова всеки момент. Когато това стане, потокът от високо-енергийни космически лъчения ще полети и към нас, което пък значи, че цялата електроснабдителна система и електроника на Земята ще е пред проблем от блокаж (black out).

Т.е. задачите, които се решават с помоща на екстремно мощни компютри касаят всички на тази планета. Дали ще става дума за биохимия или астрофизика няма значение. Квантовият компютър дава възможност да се прави това по-евтино и има много по-големи възможности от конвенционален суперкомпютър.

Все по-често ще виждаме квантови компютри в науката и технологиите. Колкото до обикновенният юзер от Интернет, квантовите алгоритми могат да се използват за пренос на информация.

"That means math, and that means science" - Obama

Редактирано от nnnlo на 25.03.11 18:33.