テクノロジーは私たちをどのように驚かせますか-未来のコンピューター(パート1)

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私たちは、情報技術の分野で数十年にわたって目覚ましい進歩を遂げてきました。コンピュータはますます強力になっています-数年前に多くの費用がかかり、最高品質の機器でしたが、今日では中産階級の資格はほとんどありません。スマートフォンは、5〜6年前のPCと同様のパワーで生産されています。高速チップは時計にも登場しています。これはすべて印象的ですが、誰かがこの質問をする必要があります。開発の限界に達するのはいつですか。 「技術の限界」に近づいていますか?未来のコンピューターはどのように見えるでしょうか?

コンピュータ-可能性の限界

1960年代に、Intelの共同創設者であるGordon Mooreは、当時のシステムのトランジスタ数が毎年2倍になるという法律を発明しました。このルールは後で変更されました。現在、2年ごとにプロセッサの能力を2倍にすることについて言われています。 Empiriaは、ムーアの法則がほぼ完全に機能することを示しています。これは、数年ごとにコンピューター機器を改善する人なら誰でも観察できます。開発の主な推進力は小型化です。これにより、より多くのトランジスタをより少ないスペースに詰め込むことができます。チップを作る主要な材料であるシリコンの能力は徐々に低下しています。したがって、プロセッサのパフォーマンスをねじ込むための別のアプローチが数年前から使用されてきました。今日、ギガヘルツ(GHz)で表されるコンポーネントのクロッキングはそれほど重要ではありません。最後のシリコンジュースは、1つのシステムに統合された複数のコアを使用して絞り出されます。

科学的応用では、いわゆるスーパーコンピューター、または部屋全体を占有し、小都市と同じくらい多くの電力を必要とする巨大な機械。印象的なコンピューティング速度(現在最も効率的なスーパーコンピューターは、ほぼ34のPFLOPSを備えた中国のTianhe-2です)は、数百または数千もの個別の回路をマージすることによって実現されます。ほぼ毎年、TOP500ランキングのリーダーが変わり、世界最速のコンピューティングモンスターを分類しています。連続する各モンスターは前のモンスターよりも大きく、より多くの電力を使用します-したがって、再び疑問が生じます:開発の障壁はどこにありますか?そして、スーパーコンピューターのパフォーマンス向上がこのように妨げられることなく続けられたとしても、それはさらに価値がありますか?未来のコンピューターは私たちに何を与えることができますか?

未来のコンピューター、すなわち量子コンピューター

従来のシリコンシステムに代わる開発の方向性の1つは、量子技術です。これは現在、まだ揺籃期にあります。それは、素粒子、つまり微視的レベルで起こる異常な現象を使用することについてです。この小さな世界には、私たちの巨視的な現実を支配するものとは完全に異なる規則があります。原子モデルを見ると、古典物理学に慣れている心は、原子電子の核を惑星系に似ていると認識します。しかし、そうではありません。量子力学の法則によれば、電子はすべての方向に同時に飛ぶため、電子が存在する領域を特定の確率で決定することしかできないことがわかります。興味深いことに、この異常な特性は、観察の行為がこの脆弱な状況を混乱させるときに消えます。これは重ね合わせと呼ばれます。

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量子の癖をよりよく説明するために、著名な物理学者エルヴィン・シュレーディンガーによって提案された興味深い思考実験を参照しましょう。猫を入れた箱、たまに放射線の粒子を放出する放射性同位元素、毒の瓶、ガイガーカウンターを想像してみてください。これらの3つの項目は、放射線の放出が検出されるとすぐに毒素を放出するメカニズムを提供します。私たちは箱を閉じて考え始めます。箱を見ると、猫が生きているのか、毒されているのかわかりません。どちらか一方の状態の可能性しか判断できません。これは、古典的な巨視的物理学の特徴である考え方を反映しているものです。しかし、量子的には、別の理由で推論する必要があります。閉じた箱の中で、猫は生きているか死んでいるかの両方です。中を見るだけで、明確な評価をすることができます。そして、これが微視的な世界でメカニックがどのように機能するかです-クォンツは、それらを観察する行為が実行されるまで同時に多くの状態を持ちます。これは、それらの重ね合わせを妨げる行為でもあります。

科学者たちは、情報技術アプリケーションに量子力学をどのように使用するのか疑問に思い始めました。そして彼らはアイデアを思いつきました-もしそうなら、システム内の電流の流れに基づくビットではなく、情報は同時に多くの異なる値を取ることができる量子に保存されるべきです。古典的なビットは1(電流の流れ)または0(流れなし)のいずれかを表すことができ、量子ビット(キュービット)は両方を同時に、およびその間のすべての数値を表すことができるはずです!しかし、「小さな問題」がありました。このようなシステムでの干渉(さらには単なる観察)によって量子の驚くべき能力が破壊される場合、このメカニズムに基づいてコンピューターを構築するにはどうすればよいでしょうか。したがって、超高速コンピュータを夢見ている科学者にとっての主な課題は、量子を複雑な計算に組み込むことができるように、量子の重ね合わせをできるだけ長く維持することでした。この分野の進歩について詳しくは、量子コンピューターの記事をご覧ください。