Новые технологии cs.ET

В 2023 году группа исследователей из Окриджской национальной лаборатории запустила на суперкомпьютере Theta симуляцию квантовой схемы из 61 кубита. Для хранения её вектора состояния потребовалось бы 32 эксабайта памяти — больше, чем суммарный объём всех жёстких дисков на планете. Но благодаря сжатию данных уложились в 768 терабайт.

В сентябре 2024 года в концертном зале Линца на сцене стоял не только оркестр. Рядом с музыкантами работала установка, рождающая пары запутанных фотонов: лазер с длиной волны 405 нм попадал в нелинейный кристалл и распадался на два фотона с длиной волны 810 нм, которые разлетались к двум измерительным станциям — Алисе и Бобу.

Оркестр настраивается перед концертом. Каждый музыкант ловит общий ритм, и в зале рождается порядок. Похожим образом работает квантовый резервуарный компьютер: кубиты, как музыканты, взаимодействуют друг с другом, превращая хаотичный сигнал в предсказуемую мелодию. Резервуарные вычисления известны давно. Классические эхо-сети требуют тонкой настройки и больших ресурсов.

Квантовый бит, или кубит, похож на монету, которая крутится на столе и может быть и орлом, и решкой одновременно. Чтобы компьютер понял, что выпало, нужно остановить монету и посмотреть. Раньше эту остановку делали с задержкой: данные снимали, уносили в обычный компьютер на обработку, и только потом узнавали результат. За это время кубит мог изменить состояние, и ответ портился.

На столе лежит горсть круглых магнитиков. Пока их не трогают, они лежат как попало. Но стоит пустить через них короткий импульс тока — и каждый диск перещёлкивается: северный полюс меняется местами с южным. Соседние диски при этом толкают друг друга своими полями, как люди в тесной очереди, и вся горсть выстраивается в узор, который зависит от того, с какой стороны дул магнитный ветер и насколько тепло вокруг.

В глубине глаза, в тонком слое клеток, работает крошечная молекулярная машина. Она захватывает свет и превращает его в сигнал, который мозг понимает как изображение. Но иногда в чертежах этой машины случается опечатка — одна-единственная буква генетического кода меняется, и человек рождается слепым. Учёные долго не могли понять, почему одни опечатки полностью ломают машину, а другие лишь слегка замедляют её.

Ночью мозг не выключается. Вместо этого он перебирает события дня, как библиотекарь расставляет книги по полкам. Но откуда берутся странные, порой бессмысленные образы во сне? Многие считали, что это просто случайный шум, не имеющий значения. Новая компьютерная модель показывает: случайность не мешает, а помогает. Мозг берёт случайные сигналы и превращает их в полезный опыт.

Обычный материал разрушается молча. Сначала внутри него рвутся невидимые нити-перемычки, и только потом появляется трещина, которую можно заметить глазами. Инженеры из Университета Карнеги — Меллона научили материал «говорить» о таких скрытых повреждениях. Они напечатали на 3D-принтере решётку, похожую на пчелиные соты, но с более сложным узором.

Молекулярный усилитель — как защёлка на двери: слабый сигнал открывает путь сильному. В живых клетках такие усилители работают постоянно, но почти всегда тратят топливо. А можно ли усилить сигнал, не расходуя энергию? Оказывается, да — если заранее «взвести пружину», то есть подготовить молекулы так, чтобы им было выгодно перестроиться при появлении нужного ключа.

Оркестр, где каждый музыкант играет свою партию, но слышит только соседа. Стоит одному сбиться — волна ошибок катится по всему залу. Так работают машины Изинга — специальные устройства для решения задач, где нужно найти лучший вариант из множества. Их элементы-«спины» связаны между собой, и если обновлять их одновременно, они начинают мешать друг другу, как музыканты, вступившие не вовремя.

Радиоприёмник ловит только одну станцию, потому что его колебательный контур настроен на частоту этой станции. Примерно так же работают магнитные вихри в новом типе вычислительных элементов. Каждый вихрь — это крошечный магнитный «волчок» внутри туннельного перехода (устройства, меняющего сопротивление в зависимости от намагниченности).

Нейроморфные чипы функционируют по принципам, отличным от классических компьютеров, построенных по архитектуре фон Неймана с раздельными блоками памяти и процессора.

В кипящем супе молекулы хаотично сталкиваются и вступают в реакции. Но если измерить, как меняются их концентрации, проступают закономерности. На этом принципе работают углеродные химические сети — смеси молекул, которые самопроизвольно «варят» информацию, превращая каждую реакцию в элементарное вычисление. Раньше их применяли лишь для моделирования природы.

Общение с живыми нейронами напоминает настройку старого радиоприёмника: важно поймать не только нужную волну, но и верно сориентировать антенну.