Super-Computadores Quânticos Perdem Coerência Por Quantidades de Bits

Visão do Fluxo Quântico

Escrito por:John Toon 

Os computadores quânticos prometem realizar determinados tipos de operações muito mais rapidamente que computadores digitais convencionais.Mas muitos desafios devem ser abordados antes de estas máquinas ultra-rápidas tornam-se disponíveis, entre eles, a perda de ordem nos sistemas - um problema conhecido como decoerência quântica - que piora à medida que o número de bits em um quantum computador aumenta.

Uma solução proposta é dividir a computação entre vários pequenos computadores quânticos que iriam trabalhar juntos tanto quanto supercomputadores multi-core de hoje se unem para enfrentar operações digitais grandes. Os computadores individuais em um sistema desse tipo poderia comunicar informação quântica usando Bose-Einstein (BEC) - nuvens de átomos ultra-frios que existem em todos exatamente o mesmo estado quântico. A abordagem poderia resolver o problema decoherence, reduzindo o número de bits necessários para um único computador.

Agora, uma equipe de físicos do Instituto de Tecnologia da Geórgia analisou como essa comunicação Bose-Einstein pode funcionar. Os pesquisadores determinaram a quantidade de tempo necessário para a informação quântica para se propagar através de sua BEC, essencialmente, que institui a velocidade máxima em que esses computadores quânticos poderiam se comunicar.

"O que fizemos neste estudo foi olhada em como esse tipo de informação quântica se propagar", disse Chandra Raman , um professor adjunto no da Georgia Tech School of Physics . "Estamos interessados ​​na dinâmica deste fluxo de informação quântica não apenas para sistemas de informação quântica, mas também de modo mais geral para os problemas fundamentais da física."

A pesquisa está programado para ser publicado em 19 de abril a versão on-line da revista Physical Review Letters . A pesquisa foi financiada pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) e da National Science Foundation (NSF). O trabalho envolveu tanto um grupo experimental de física dirigida por Raman e um grupo de física teórica liderada pelo professor associado Carlos Sa De Melo, também na Escola de Física Georgia Tech.

Os pesquisadores primeiro montou uma gasosa Bose-Einstein, que consistiu de até três milhões de átomos de sódio resfriado a quase zero absoluto. Para iniciar o experimento, eles ligado um campo magnético aplicado ao BEC que colocou instantaneamente o sistema de equilíbrio. Que giram de troca de colisões provocadas como os átomos tentou fazer a transição de um estado fundamental para uma nova. Átomos perto um do outro tornou-se enredado, emparelhar-se com rotação de um átomo apontando para cima, eo outro está apontando para baixo. Este emparelhamento de spins opostos criou uma correlação entre os pares de átomos que se moviam através de todo o BEC, pois estabeleceu um novo equilíbrio.

Os pesquisadores, entre os quais o estudante Anshuman Vinit e ex-colegas de pós-doutorado Eva Bookjans, medido as correlações como elas se espalham através da nuvem de átomos frios. Na primeira, o emaranhamento quântico foi concentrada no espaço, mas ao longo do tempo, espalhou-se para fora como gota de corante se difunde através da água.

"Você pode imaginar ter uma gota de corante que está concentrada em um ponto no espaço", disse Raman. "Por meio de difusão, as moléculas de corante se mover ao longo da água, estendendo-se lentamente ao longo de todo o sistema."

A pesquisa pode ajudar os cientistas a prever a velocidade de operação de um sistema de computação quântica composta por vários núcleos se comunicam através de um BEC.

"Essa propagação ocorre na escala de tempo de dez a cem milisegundos", disse Raman. "Esta é a velocidade na qual a informação quântica flui naturalmente através deste tipo de sistema. Se você fosse usar esse meio de comunicação quântica, que seria a sua escala de tempo natural e que iria definir o tempo para outros processos. "

Embora relevante para a comunicação de informação quântica, o processo também mostrou como um grande sistema de sofrer uma transição de fase faz em manchas localizadas que se expandem para tentar incorporar todo o sistema.

"Um sistema de extensão não passar de uma fase para outra de maneira uniforme", disse Raman. "Fá-lo localmente. As coisas acontecem no local que não estão conectados um ao outro, inicialmente, de modo que você vê esta falta de homogeneidade. "

Além computação quântica, os resultados também pode ter implicações para a detecção quântica - e para o estudo de outros sistemas físicos que sofrem transições de fase.

"Transições de fase têm propriedades universais", Raman observou. "Pode-se tomar as transições de fase que ocorrem em uma variedade de sistemas e encontram que são descritos pelo mesmo física. É um princípio unificador. "

Raman espera que o trabalho vai levar a novas formas de pensar sobre a computação quântica, independentemente do seu uso prático imediato.

"Um paradigma da computação quântica é a construção de uma cadeia linear de tantos íons aprisionados possível e para projetar simultaneamente afastado como muitos desafios quanto possível", disse ele. "Mas, talvez, o que pode ser bem sucedido é construir esses sistemas quânticos menores que podem se comunicar uns com os outros. É importante tentar tantas coisas quanto possível e manter uma mente aberta. Precisamos tentar entender esses sistemas tão bem quanto nós. "

Esta pesquisa foi apoiada pelo Departamento de Energia (DOE) por meio de concessão DE-FG-02-03ER15450 e pela National Science Foundation sob concessão PHY-1100179. As conclusões deste artigo são as do investigador principal e não representam necessariamente a posição oficial do DOE ou a NSF.

Fonte: http://www.gatech.edu

"Gordon" Um Super Computador Com Capacidade para Identificar Genes de Transtornos Mentais

Supercomputador Gordon usa quantidades enormes de memória flash para recuperar dados aleatoriamente organizadas. Crédito e imagem ampliada

26 março, 2013

Quando ele entrou oficialmente online no San Diego Supercomputer Center (SDSC) no início de janeiro de 2012, Gordon foi imediatamente impressionante. Em uma demonstração, que sofreu mais de 35 milhões de entrada / saída operações por segundo -, então, um recorde mundial.

De entrada / saída operações são uma medida importante para os dados de computação intensiva, o que indica a capacidade de um sistema de armazenamento para comunicar rapidamente entre um sistema de processamento de informação, tal como um computador, e o mundo exterior. De entrada / saída operações especifique o quão rápido um sistema pode recuperar dados aleatoriamente organizadas comuns em grandes conjuntos de dados e processá-lo por meio de aplicações de mineração de dados.

A façanha supercomputador recorde não foi uma surpresa, afinal, Gordon tem o nome de um super-herói de banda desenhada, Flash Gordon.

Gordon foi construído por pesquisadores SDSC e Internacional Appro Inc., que foi adquirida pela Cray Inc., em novembro de 2012. Ele utiliza uma arquitetura nova e única que usa quantidades enormes de o tipo de memória flash comum em telefones celulares e laptops - daí o seu nome. O sistema, baseado na CS300-AC supercomputador Cray Cluster ™ , é usado por cientistas cujas pesquisas requer a mineração, busca e / ou a criação de grandes bancos de dados para uso imediato ou posterior, incluindo genomas de mapeamento para aplicações em medicina personalizada e examinando automatização de computador de negociação de ações por empresas de investimento de Wall Street.

Encomendado pela National Science Foundation (NSF) em 2009 por US $ 20 milhões, Gordon faz parte da Ciência Extrema NSF e Meio Ambiente Descoberta Engenharia, ou XSEDE programa, uma parceria de âmbito nacional composto por 16 computadores de alto desempenho e de alta qualidade de visualização e recursos de análise de dados.

"Gordon é uma máquina única no portfólio da NSF Ciberinfraestrutura / XSEDE avançada", disse Barry Schneider, diretor do programa para NSF cyberinfrastructure avançado."Ele foi projetado para lidar com os problemas científicos que envolvem a manipulação de dados muito grandes. Ele é diferenciado de outros recursos mais apoiamos em ter uma memória de estado sólido grande, 4 GB por núcleo, e é capaz de simular um sistema de memória muito grande compartilhada com software. "

Veja o vídeo deste Supercomputador aqui: de vídeo 

Nota: Enquanto às emissoras de TV estão publicando direto sobre pena na área de acessos indevidos a computadores para obter informações indevidas, eles esquecem a capacidade dos novos computadores que podem fazer hoje o quem bem quiser. (G).

Fonte:http://www.nsf.gov

NSF-suportados Blue Waters, um dos computadores mais poderosos do mundo, está aberto para pesquisa

 

Blue Waters foi configurado para resolver os mais desafiadores problemas de computação, memória e uso intensivo de dados em ciência e engenharia Blue Waters vai permitir aos investigadores para investigar problemas desafiadores e até então impossível. Crédito e imagem ampliada 28 de março de 2013 National Science Foundation (NSF), financiado Blue Waters, um dos supercomputadores mais poderosos do mundo, foi formalmente declarado disponível para uso hoje no Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign (UIUC). A cerimônia contou com a presença de líderes governamentais, empresariais e universidade. Blue Waters, uma parceria entre NSF, no Estado de Illinois, da Universidade de Illinois e do Consórcio dos Grandes Lagos para Petascale Computação, é capaz no desempenho máximo de cerca de 12 quatrilhões de operações de ponto flutuante por segundo e, mais importante, demonstrou sustentado o desempenho do sistema de mais de um petaflop sobre uma gama de ciência comumente utilizado e aplicações de engenharia. Esta capacidade coloca Blue Waters em uma classe por si só. Ao equilibrar características de desempenho do processador com atributos de memória e armazenamento, ele oferece utilizável e eficiente desempenho petaflop para grandes aplicações científicas nas fronteiras da ciência computacional. As primeiras pesquisas em águas azuis já está a tratar de problemas que são muito maiores e mais complexas do que aquelas modelada até à data, e já está fornecendo insights sem precedentes. "Blue Waters é um exemplo de alto risco, alta recompensa-projeto de infra-estrutura de pesquisa que permitirá NSF para realizar a sua missão de financiar a investigação nas fronteiras da ciência", disse NSF Diretor Interino Cora Marrett . "O seu impacto na ciência e descobertas de engenharia e inovação, bem como sobre as prioridades nacionais, como saúde, segurança e bem-estar, será extraordinário ". Além de Marrett, a cerimônia de inauguração incluiu também observações de Cray Presidente e CEO Peter Ungaro, da Universidade de Illinois vários funcionários, incluindo o Presidente Robert Páscoa e Phyllis chanceler Wise, bem como a Casa de Ciência dos EUA, Espaço e Comitê de Tecnologia Membro Dan Lipinski, Illinois governador Pat Quinn, que hoje emitiu uma proclamação Blue Waters. "Considerando que as inovações americanas em ciência e tecnologia, alimentados por os investimentos públicos e privados, criaram a prosperidade econômica, a melhoria da nossa qualidade de vida, e ajudado aqueles que servem o nosso estado e nação ..." a proclamação começa. "... Eu, Pat Quinn, o governador do Estado de Illinois, proclamo, 28 de março de 2013, Dia supercomputador Blue Waters em Illinois ..." Blue Waters esteve disponível para equipas de investigação em um modo amigável, usuário desde março de 2012. Até à data, mais de 30 equipes de engenharia e ciência foram alocados tempo em águas azuis. Ao permitir avanços em pesquisas relacionadas à física de partículas elementares, moléculas e materiais, tornados e mudanças climáticas e cosmologia, seus estudos vão fornecer insights sobre a natureza fundamental da matéria, os constituintes básicos do mundo cotidiano, processos críticos sobre a terra, bem como a evolução do universo. "A dedicação de hoje celebra Blue Waters, que promete acelerar o ritmo do progresso científico em várias disciplinas", disseFarnam Jahanian, chefe da Direcção da NSF para a Computação e Ciência da Informação e Engenharia. "Blue Waters é um recurso nacional que irá permitir aos pesquisadores acesso aos recursos computacionais mais poderosos disponíveis hoje, promover a pesquisa em todas as disciplinas científicas e possibilitar a investigação de problemas não eram possíveis antes." "Com águas azuis, os cientistas estão começando já a prever o comportamento de sistemas biológicos complexos, compreender como evoluíram os cosmos após o Big Bang, a concepção de novos materiais no nível atômico, prever o comportamento dos terremotos, furacões e tornados, e simular complexa engenharia sistemas como o sistema de distribuição de energia de aviões e automóveis ", disse Alan Blatecky, NSF diretor de divisão para Ciberinfraestrutura Avançado. Blue Waters é um dos dois NSF-suportado, sistemas de supercomputação formalmente declaradas disponíveis para usar esta semana. A debandada, outro, foi dedicado ontem, no Texas Advanced Computing Center, na Universidade do Texas em Austin. Estes dois projetos significativos, agora entrando implantação completa, fazem parte da estratégia global da NSF para infra-estrutura de computação avançada para facilitar a investigação fundamental e transformativa na ciência computacional e uso intensivo de dados e engenharia em todas as disciplinas. O que segue são alguns exemplos da pesquisa emocionante e promissor no Blue Waters: Modelagem de HIV Blue Waters está permitindo Klaus Schulten e sua equipe na UIUC para descrever o genoma do HIV e seu comportamento nos mínimos detalhes, através de cálculos que exigem as simulações de mais de 60 milhões de átomos. Eles recentemente publicaram um artigo na PLoS Pathogensdivulgando uma descoberta precoce, que podem, eventualmente, levar à descoberta da estrutura do HIV. Os pesquisadores descreveram um pequeno vírus associado ao HIV, o que só poderia ser alcançada através de um átomo de 10 milhões, simulação de dinâmica molecular, inconcebível antes de águas azuis. A equipe está usando Blue Waters para investigar complexas e fundamentais problemas de dinâmica molecular que exigem simulações nível atômicas que são 10 a 100 vezes maiores do que aqueles modelado à data, fornecendo insights sem precedentes. A mudança climática global Também destaque no evento dedicação, Cristiana Stan e James Kinter da Universidade George Mason usar Blue Waters se engajar na pesquisa actual sobre o papel das nuvens na modelagem do sistema climático global durante condições atuais e em cenários futuros das alterações climáticas. Previsão de terremotos Uma equipe do Centro Southern California Earthquake, liderada por Thomas Jordan, realiza em grande escala, simulações de alta resolução do terremoto que incorporam toda a bacia de Los Angeles, incluindo toda infra-estrutura natural e humano-construído, exigindo ordens de magnitude mais poder de computação do que estudos realizados até à data. Seu trabalho vai proporcionar uma melhor avaliação de risco sísmico e informar os códigos mais seguros de construção: Preparando-se para o Grande . Avaliação de inundações, monitoramento da seca, e gestão de recursos Engenharia professor Patrick Reed e sua equipe da Universidade Penn State, Princeton e da Corporação Aeroespacial, use Blue Waters transformar compreensão e otimização de espaço com base em projetos de ciência da Terra da constelação de satélites. "Blue Waters mudou fundamentalmente a escala eo escopo das perguntas que podemos explorar", disse ele. "Nossa esperança é que as respostas que descobrir a vontade de melhorar a avaliação de inundações, monitoramento da seca, ea gestão dos recursos hídricos em bacias de grandes rios em todo o mundo." Propriedades fundamentais da natureza Robert Açúcar, professor de física da Universidade da Califórnia, Santa Barbara, usa Blue Waters para compreender totalmente as leis fundamentais da natureza e para recolher o conhecimento do desenvolvimento inicial do universo. "Blue Waters um soco 1-2", disse Sugar ", Blue Waters nos permite realizar as simulações mais detalhadas e realistas de partículas sub-atômicas e suas interações à data. Estudos como estes são um empreendimento mundial, e da grande conjuntos de dados produzidos em águas azuis serão compartilhadas com pesquisadores do mundo todo para novas descobertas. " -NSF-  Fonte: http://www.nsf.gov

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