Budeme mít někdy doma superpočítač?

Vývoj moderních technologií je neuvěřitelně rychlý proces, který není snadný předpovědět. Vždyť málokdo by si v minulém století pomyslil, že se člověk jednoho dne podívá do kosmu, nebo že se počítače stanou běžnou součástí našich životů. Je ale stále ještě co vymýšlet? Nemáme už všechno? Vítejte ve volném pokračování nedávného článku o historii počítačů. Dnes se zaměříme na nástupce dnešních komputerů, probereme společně možnou podobu technologických zařízení a na závěr si povíme, jestli má kvantový počítač šanci uspět.

Elektronické počítače doprovází lidstvo už přes půl století. V současnosti se elektronika nachází ve své vrcholné fázi, její vývoj ale nemůže jít kupředu věčně, pomalu totiž začíná narážet na své fyzikální hranice. Jednoho dne Gordon Moore, spoluzakladatel firmy Intel, řekl:
„Počet tranzistorů, které mohou být umístěny na integrovaný obvod, se při zachování stejné ceny zhruba každých 18 měsíců zdvojnásobí.“ Tento trend předpověděl před padesáti lety a ještě dnes tato památná věta udává tempo vývoje počítačů. Podle odborníků by měla platit nejméně do roku 2030. Co ale bude pak?

Fotony do každé rodiny

Vědci již nyní vyvíjí zařízení, které se má oprostit od elektronů. Asi nejblíže skutečnému využití v praxi jsou dnes optické počítače. Ty provádějí výpočty pomocí fotonů, jenž jsou rychlejší, menší a vhodnější pro pokročilé výpočetní operace než elektrony. Optické počítače mají oproti těm dnešním dvě hlavní výhody. Fotony na sebe totiž nepůsobí tak, jako elektrony. Různé paprsky světla jednoduše projdou přímo skrz jiný paprsek světla, takže obrovská množství dat lze poslat stejným prostorem.

Optické počítače mají dobře nakročeno k použití v praxi.

Největší výhodou však je, že světlo nepotřebuje vazbu na hmotu. Pokud by se potřebné čočky a lasery umístily na zadní stěnu čipu, data mezi jednotlivými čipy by se mohla šířit přímo vzduchem. To by umožnilo využít celého povrchu čipu pro spoje a přenášet tak obrovské množství dat za sekundu. Průlom na poli optických počítačů přišel v roce 2007, kdy se na Harvardské univerzitě podařilo nasimulovat tranzistor pomocí polovodičových nanovláken. Zdá se tedy, že se máme v budoucnu na co těšit.

Kterak biologie zasahuje do techniky

Od fotonů se nyní přesuňme k poněkud exotičtějšímu materiálu pro tvorbu počítačů, k DNA. Zájem o tuto technologii odstartoval již v 90. letech Leonard Adleman, americký informatik a molekulární biolog, který prokázal, že s genotypem jsou proveditelné matematické výpočty. Princip fungování DNA počítače si je možné zjednodušeně představit jako kyblík s vodou, do kterého nasypeme molekuly a řešení již nám samo vyplave.

Využití DNA počítačů se demonstruje nejčastěji na problémech obtížně vyčíslitelných, kdy se namísto sofistikovaného algoritmu požívá metoda hrubé síly. Například luštění šifer dnes vlastně znamená vyzkoušet všechny možnosti. Na DNA počítači budou všechny alternativy reprezentovány různými molekulami DNA a stačí najít mezi nimi tu pravou. Přitom se vychází z faktu, že v protřepávané zkumavce dostaneme z původní sadby směs jednovláknových a vícevláknových molekul, které budou držet pohromadě právě na základě komplementarity bází, na rozdíl od některých řetězců, které spolu nevydrží ani kdybychom prosili zlatou rybku.

dna počítač
Nahradí DNA počítač dnešní počítače?

„Výzkum je stále takzvaně v plenkách, přestože probíhá přes 20 let, ale nemáme zatím žádné použitelné DNA počítače,“ konstatuje Vítězslav Kříha, odborný asistent z FELu. Naštěstí i ten očekává světlé chvilky, jak řekl v pořadu Leonardo na Českém rozhlasu Plus:
„Vzhledem k tomu, že už jsme se dostali k limitům klasických konstrukcí počítačů, tak všechny nové směry jsou z toho hlediska velmi perspektivní. Přestože nejsou DNA počítače schopny konkurovat klasickým metodám, vývoj v nich stojí za to, a neuzavírají se nám dveře k dalšímu rozvoji.“

Budoucnost = menší výkon?

Co už máme a velice často používáme je takzvaný cloud computing. Jedná se o sdílení hardwarových a softwarových prostředků pomocí sítě, ke kterým je možné vzdáleně přistupovat. Mnohý by si řekl, že se nejedná o nic převratného, s tímto fenoménem se setkáváme prakticky denně, přesto má v tomto článku cloud computing své místo. Budoucnost totiž spočívá v tom, že firmy nebudou tak často vlastnit surový výkon počítače, místo toho si raději zaplatí za výpočetní výkon obřích serverů. Drtivý výkon již tak nemusí být potřebný jako dnes, spíše se začne využívat důmyslnějšími a efektivnějšími způsoby.

King mezi počítači

Za nejzajímavějšího nástupce dnešních komputerů se dá považovat kvantový počítač. Princip elektroniky a optroniky lze poměrně jednoduše popsat i pochopit, u kvantových počítačů to tak již bohužel není. Jejich základ je totiž postaven na kvantové mechanice, která je pro obyčejného člověka těžko představitelná. V elektronických, respektive optických počítačích nesou elektrony a fotony signál. U kvantových počítačů to je přesně naopak, svoje nejmenší jednotky používají jako paměť. Mohou se nacházet ve dvou přesně definovaných stavech, označených jako 0, 1, nebo v obou těchto stavech najednou. Tato jednotka informace se pak označuje jako kvantový bit neboli qubit. Právě schopnost vyskytovat se v obou stavech najednou umožňuje kvantovému počítači pracovat na více úkolech současně.

Věřte tomu nebo ne, ale první dvouqubitový počítač se podařilo sestrojit již koncem 90. let, nicméně trvalo dalších deset let, než se v roce 2008 povedlo sestavit počítač osmiqubitový. Zdá se tedy, že se jedná o běh na dlouhou trať, na jejímž konci nás však čeká počítač s nepředstavitelným výkonem. Kdo ví, jestli ho jednou budeme mít doma, budoucnost je totiž těžko k představení. A to je na ní krásné.

 

A na závěr jedno video od Microsoftu, které ukazuje, jak by mohla vypadat blízká technologická budoucnost.

Pokud vás kvantové počítače zaujaly, doporučuji přečíst tento článek, který skvěle popisuje jejich fungování. Jestli vás zajímá, jak vypadali předchůdci počítačů, kdo za nimi stál a jaké strasti bylo třeba překonat, můžete si přečíst již vydaný článek našeho časopisu.

 

Foto: futuretechnologyarticles.com, cdn.wccftech.com, 3.bp.blogspot.com

SdíletShare on Facebook6Share on Google+0Tweet about this on TwitterEmail this to someone
mm

Jan Steuer

Jsem student prvního ročníku a stejně jako mě baví ťukat kód do klávesnice, tak mě i baví vykonávat nějakou kreativní činnost. Ve svém životě se snažím být aktivní, a tak se řídím anglickým mottem „live the adventure“. Rád lezu po horách, jezdím na kole a trávím čas se svými přáteli. Nejlépe to všechno najednou a s foťákem a pivem v batohu.

Kontaktovat mě můžete na steuejan@fit.cvut.cz.