Суперкомпьютер Julich моделирует квантовый компьютер

Квантовые компьютеры дадут невероятное улучшение скорости обработки данных по сравнению с существующими компьютерами. Однако, пока они существуют в виде лабораторных образцов маленьких прототипов с мощностью в несколько бит.

Теперь они могут изучаться более тщательно, по крайней мере в процессе их моделирования. Суперкомпьютер JUGENE теперь способен имитировать крупнейшую кватновую вычислительную систему на данный момент времени, мощность которой составляет 42 бита. "Вычислительная мощность квантового компьютера растет экспотенциально в зависимость от его мощности (числа активных элементов)", говорит профессор, доктор Кристель Михельсен от Центра суперкомпьютеров Julich. "Это и огромные возможности для будущего применения, а также большой скачек для моделирования в настоящее время". Если квантовый компьютер расширяется только на один активный вычислительный элемент, то его вычислительные мощности сразу удваиваются согласно законам квантовой механики, на которой основано функционирование этого вычислителя. Вычислительная мощность компьютера классической структуры растет линейно в зависимости от количества разрядов процессора. Десять процентов прироста транзисторов (в идеальном случае) дают прирост производительности на десять процентов".

Если вы хотите смоделировать работу квантового компьютера, используя существующие вычислительные мощности, то очень быстро исчерпаете возможности из-за таких ограничений. Для квантового компьютера с 42 активными элементами требуются такие вычислительные мощности, как суперкомпьютер JUGENE, который является самым быстрым компьютером в Европе с 300000 процессорами и вычислительной мощностью 10е15 операций в секунду с плавающей точкой. Алгоритм Шора, который является общеупотребительным тестом для квантовых компьютеров был запущен на квантовом компьютере с 42 активными элемнтами факторизировал 15707 на 113х139. Это число, которое в тысячи раз больше, чем до сих пор было факторизировано на квантовых компьютерах.

Для мирового рекорда, исследователи из Julich и группа из отдела вычислительной физики Гронингенского университета из Нидерландии разработали программное обеспечение процесса моделирования, которое может производить моделирование и для большего числа процессоров, чем 42. "Обеспечение многопроцессорности такого уровня очень важно, в отличие от простых алгоритмов, когда возникают задержки из-за ожидания процессорами друг друга и потери производительности", говорит Михельсен. "Наше программное обеспечение оптимизировано таким образом, что тысячи процессоров могут работать напрямую одновременно. Их масштабирование практически идеально". Масштабирование - это тремин специалистов компьютеров, используемый для описания свойства программного обеспечения преобразования большего числа процессоров один ко одному в большую производительность, т.е. получение результатов быстрее. Масштабируемость будет играть возростающую роль в многоядерных процессорах персональных компьютеров.

На основе моделирующего программного обеспечения, которое уже разработано можно будет подробно изучить явления и динамику кванто-механических систем. В то время как современные лабораторные прототипы квантовых систем достигли размера 8 битов, программное обеспечениие способно исследовать системы большего размера.
В частности, моделирование позволяет проверить влияние внешних воздествий на чувствительность квантовой системы и выяснить, как можно компенсировать ошибки.

На Мадагаскаре живут змеи, населявшие еще Гондвану

Международная группа биологов реконструировала эволюционную историю крупного инфраотряда змей Scolecophidia и обнаружила, что он принадлежит к тем немногим группам животных, которые населяли Мадагаскар в момент его отделения от Индии и проживают там до сих пор.

В инфраотряд Scolecophidia, представителей которого часто называют «слепыми змеями», входят около 260 видов, встречающихся на всех континентах, кроме Антарктиды. Широкое распространение этих животных удивляло биологов, поскольку бóльшую часть времени змеи проводят под землей, и перебираться с континента на континент им должно быть тяжело.

Авторы постарались проследить эволюцию «слепых змей», изучив пять ядерных генов, кодирующих протеины, у 96 различных видов Scolecophidia. Пользуясь статистической методикой молекулярных часов, биологи построили эволюционное дерево, которое отмечает моменты выделения новых ветвей внутри инфраотряда.

Как выяснилось, история этих змей прямо связана с дрейфом материков. Первые представители Scolecophidia появились на древней Гондване, а эволюционное разделение началось около 155 млн лет назад, в момент ее раскола на западную (Южная Америка и Африка) и восточную (Антарктида, Индия, Мадагаскар и Австралия) части. Восточная часть впоследствии разделилась на «Индигаскар» (Индию и Мадагаскар) и Австралию с Антарктидой, а 94 млн лет назад не выдержал и «Индигаскар». Свидетельством этого является новое семейство змей, получившее от ученых свое название и встречающееся только на Мадагаскаре.

Для того чтобы занять свои ниши на континентах, змеям, по мнению ученых, приходилось совершать длительные путешествия на плавающих предметах. Примером этого служат животные, оставшиеся в западной части Гондваны. Она разделилась на Африку и Южную Америку около 100 млн лет назад, однако генетическое разделение африканских и южноамериканских змей произошло гораздо позже — 63 млн лет назад. Следовательно, рассуждают авторы, змеи, изначально оккупировавшие африканскую область западной части Гондваны, самостоятельно добрались до Южной Америки, а затем и до Вест-Индии.

Ученым известно лишь о шести или семи других позвоночных, которым удалось пересечь Атлантику, двигаясь с востока на запад. Впрочем, такое путешествие длилось не более шести месяцев, и змеи, перемещавшиеся на растительном «плоту» вместе с насекомыми, их традиционным предметом охоты, были вполне способны добраться до места назначения.

Полную версию отчета опубликует журнал Biology Letters.

Подготовлено по материалам Университета штата Пенсильвания.