Databehandling har kommit otroligt långt under de senaste decennierna. Vi befinner oss mitt i en teknisk revolution, med maskiner som blir mer avancerade för varje år. Två särskilt avancerade uppfinningar, superdatorn och kvantdatorn, har massor av tillämpningar och potential. Men vad är skillnaden mellan en superdator och en kvantdator, och vilken är bättre?
Vad är en superdator?
Superdatorer är enorma system som kan sträcka sig över hela rum i storlek. Dessa maskiner ser inte ut som din vanliga stationära PC eller bärbara dator. Snarare består superdatorer av stora grupper av processorer, som alla arbetar tillsammans för att uppnå ett visst mål.
Superdatorer uppstod först på 1960-talet, efter skapandet av CDC (Control Data Corporation) 6600. Denna anses vara den första superdatorn som någonsin byggts och var cirka tio gånger kraftfullare än standarddatorerna vid den tiden. Men saker och ting har kommit väldigt långt sedan dess.
Dagens superdatorer är minst sagt extremt kraftfulla. Men det här är förstås relativt. CDC 6600 var ett fenomen inom datoranvändning men skulle inte ses som något speciellt idag. När allt kommer omkring tog det bara ett halvt decennium för den att överglänsas av CDC 7600. Så tänk på det när du överväger kraften hos superdatorer idag.
Precis som din egen PC kan superdatorer bearbeta och lagra data, men går mycket längre utöver det. Dessa maskiner kan utföra otroligt komplexa beräkningar och simuleringar som aldrig skulle kunna uppnås av människor eller de datorer vi alla använder i våra dagliga liv. De kan också snabbt utföra processer som en vanlig dator kan ta månader eller år att slutföra.
Till exempel kan en modern superdator förutsäga resultatet av en kärnvapenexplosion, producera mycket komplexa modeller av hjärnan och till och med utföra simuleringar av universums ursprung. Funktionerna hos dessa maskiner är något häpnadsväckande och har visat sig vara användbara i en rad olika branscher.
Men i sin kärna har superdatorer samma muttrar och bultar som vanliga datorer. Skillnaden är att dessa datorer är enorma och består av tusentals eller hundratusentals CPU: er (centrala processorenheter), och har därför mycket högre processorkraft än din vanliga PC. Datorn du använder dagligen har förmodligen en handfull CPU-kärnor, och vissa har bara en. Så föreställ dig vad som skulle kunna uppnås om dess kraft ökades många, många gånger om.
Superdatorer är fascinerande men otroligt dyra att bygga och underhålla. Miljontals dollar kan hällas i en enda superdator, och det krävs enorma mängder elektrisk kraft för att hålla dem i drift.
Och även dessa mycket avancerade maskiner har sina begränsningar. Särskilt superdatorers förmåga är begränsad till deras storlek. Dagens superdatorer är redan enorma och kostar mycket pengar att driva. Så ju större en superdator blir, desto dyrare blir den.
Utöver detta genererar superdatorer enorma mängder värme som måste avlägsnas för att förhindra överhettning. Allt som allt är användningen av superdatorer en mycket dyr och uttömmande process. Dessutom finns det några problem som superdatorer inte kan lösa bara för att de är för komplexa.
Men en relativt ny spelare i datorspelet kan hysa förmågan att överträffa superdatorer och uppnå det de inte kan: kvantdatorer.
Vad är en kvantdator?
De begreppet kvantberäkning uppstod först på 1980-talet. Under denna tid bidrog pionjärer som Richard Benioff, Richard Feynman och Yuri Manin till att utveckla kvantberäkningsteorin. Men vid denna tidpunkt var kvantberäkning bara en idé och hade aldrig tillämpats i en verklig miljö.
Arton år senare, 1998, skapade Isaac Chuang, Neil Gershenfeld och Mark Kubinec den första kvantdatorn. Bearbetningshastigheten för denna dator är rudimentär jämfört med dagens mest avancerade kvantdatorer, men utvecklingen av denna första maskin i sitt slag var inget annat än revolutionerande.
Som du kan se i bilden ovan ser kvantdatorer inte ut som vanliga datorer. Detta beror på att de fungerar på drastiskt olika sätt. Medan datorer och superdatorer använder binär kod för att lagra information, använder kvantdatorer små enheter som kallas qubits (eller kvantbitar).
Qubits är ofattbart små. De är gjorda av ännu mindre kvantsystem, som protoner och elektroner, de grundläggande komponenterna i atomer. Det som är bra med qubits är att de kan existera i flera tillstånd samtidigt. Låt oss bryta ner det här.
Binär kod är just det, binärt. Det betyder att bitar bara kan existera som en nolla eller en etta, vilket kan vara begränsande när det gäller att utföra avancerade processer. Å andra sidan kan Qubits existera samtidigt i flera tillstånd, kända som kvantsuperposition. Qubits kan också uppnå kvantentanglement, där par av kvantbitar länkar samman.
Genom att använda kvantsuperposition kan kvantdatorer överväga flera qubit-konfigurationer samtidigt, vilket gör det mycket lättare att lösa mycket komplexa problem. Och genom quantumentanglement kan två qubits existera i samma tillstånd och påverka varandra på matematiskt förutsägbara sätt. Detta bidrar till kvantdatorernas bearbetningsförmåga.
Sammantaget ger möjligheten att överväga flera tillstånd samtidigt kvantdatorer potential att lösa extremt komplexa beräkningar och kör mycket avancerade simuleringar.
Olika företag arbetar just nu med utvecklingen av kvantdatorer, däribland IBM och Google. Till exempel enligt Ny vetenskapsman2019 hävdade Google att dess kvantdator, Sycamore, överträffade en superdator i sina förmågor. Google uppgav att Sycamore på 200 sekunder kunde lösa en beräkning som skulle ta en superdator 10 000 år att slutföra.
Men bara två år senare, igen, enligt Ny vetenskapsman, utvecklades en icke-kvantalgoritm i Kina som gjorde det möjligt för vanliga datorer att lösa samma problem på bara några timmar, vilket betyder att en superdator säkerligen skulle kunna lösa det, för.
Så det finns ett stort "om" som hänger över hela kvantberäkningsfältet. Denna teknik är fortfarande mycket i ett tidigt skede och har en lång väg kvar att gå innan den kan litas på som ett alternativ till superdatorer.
Kvantdatorer är otroligt svåra att bygga och programmera och har fortfarande höga felfrekvenser. Utöver detta gör den nuvarande processorkraften hos kvantdatorer dem helt olämpliga för typiska applikationer. Som ett resultat finns det många växtvärk som kvantberäkning måste gå igenom innan den blir en pålitlig och allmänt använd teknik.
Superdatorer är det bästa för tillfället
Även om kvantdatorer har potential att avsevärt överträffa superdatorer, är detta fortfarande till stor del hypotetiskt. En dag kan vi se att kvantberäkningar utvecklas till den punkt där superdatorer inte längre behövs. Det går inte att förneka att en enorm utveckling redan har gjorts på detta område. Men för närvarande är kvantdatorer fortfarande i ett tidigt skede, och det kan ta decennier för dem att bli mainstream.
